操作系统第二章 ppt课件

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并行与并发的概念差别
并行（Parallel）
➢ 同一时刻，两个事物均处于活动状态
并发（Concurrency）
➢ 宏观上存在并行特征，微观上存在顺序性
➢ 同一时刻，只有一个事物处于活动状态
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第二章 进程管理
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并发所带来的效率提升
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第二章 进程管理
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S1
S3
S4
S2
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程序并发执行的特点
间断性
“走走停停”，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系
失去程序的封闭性
多个程序共享系统中的资源，这些资源的状态将由多个程序来改变。 如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改，失去原有的 不变特征。
不可再现性
➢ N:=N+1在Print(N)和N=0之前，此时N值分为N+1,N+1, 0 ➢ N:=N+1在Print(N)和N=0之后，此时N值分为N, 0, 1 ➢ N:=N+1在Print(N)和N=0之间，此时N值分为N, N+1, 0
问题：并发与并行的区别是什么？
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第二章 进程管理
第二章 进程管理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 2.6 进程通信 2.7 线程
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2.1 进程的基本概念
2.1.1 前趋图 2.1.2 程序的顺序执行及其特征 2.1.3 程序的并发执行及其特征 2.1.4 进程的特征与状态 2.1.5 进程控制块
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前驱图 (Precedence Graph)
前驱图是一个有向无循环图，图中的每个结点可用于表示 一条语句，一个程序段或进程；结点间的有向边则表示在
两结点之间存在的偏序或前驱关系。
结点、有向边、
P2
直接前驱、直接
P1
P3
P5 P6
P8
P9
后继、初始结点、 终止结点
并发所带来的效率提升
顺序执行模式下的系统工作效率
➢ 系统总运行时间：80 ➢ CPU使用效率：CPU占用时间 / 总时间 ＝ 40/80 = 50% ➢ DEV1使用效率：15 / 80 ＝ 18.75% ➢ DEV2使用效率：25 / 80 = 31.25%
并发执行模式下的系统工作效率
➢ 系统总运行时间：45 ➢ CPU使用效率：40 / 45 = 89% ➢ DEV1使用效率：15 / 45 = 33% ➢ DEV2使用效率：25 / 45 ＝ 55.6%
Reladdr 先执行
top
top
Getaddr 接着执行
top
执行top =
a
top＋1后中 断
a
a
b
b
b
e
e
e
f
f
f
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程序并发执行的特点
例：程序A、B，共享变量N，程序A，只有一个语 句N:=N+1；程序B由两个语句Print(N)，N=0组成。 两个程序以不同速度运行，可能出现三种情况：
硬件资源：CPU、输入输出设备，存储器 软件资源：各种例行程序、各种共享的数据 多道程序环境下执行程序的道数 > 计算机系统中CPU的个数 单CPU中，则有N－1道程序处在等待CPU的状态 输入输出设备有限将导致这些设备被共享、内存有限将导致内存被共享
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程序的并发执行
可再现性：程序的结果与它的执行速度无 关（即与时间无关），只要给定相同的输 入，一定会得到相同的结果。
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多道程序系统中程序执行环境的变化
▪ 计算机能够同时处理多个具有独立功能的程序（批处理系统，分时系统、 实时系统、网络与分布式系统）。这样的执行环境具有三个特点： ➢ 独立性:每道程序都是逻辑上独立的，之间不存在制约关系。 ➢ 随机性：程序和数据的输入与开始执行时间都是随机的。这种随机性形 成了操作系统必须同时处理多道程序的客观要求。 ➢ 资源共享
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进程的引入
并发执行的各程序段由于同时存在于主存中，共享软硬件资 源，造成其执行结果受执行速度影响的局面。 在多道程序系统所带来的复杂环境中，程序段具有了并发、 制约、动态的特性，原来的程序概念，难以刻画系统中的情况。
失去封闭性→失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变
化，失去原有的可重复特征。
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例：设有堆栈S，栈指针top，栈中存放内存中相应数据块地址，设有
两个程序段getaddr（top）和reladdr（blk），其中getaddr（top） 从给定的top所指栈中取出相应的内存数据块地址，而reladdr（blk） 则将内存数据块地址blk放入堆栈S中。
P4
无循环关系，可
P7
实现顺序执行
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程序的顺序执行
程序是一个静态的概念，是严格按次序执行的计 算机操作序列的集合，体现了编程人员要求计算 机完成相应功能时所应采取的顺序步骤。
一个较大的程序通常都是由若干个程序段组成。 在程序执行时，必须按照某种先后次序逐个执行， 仅当前一操作执行完后，才能执行后继操作。
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程序的顺序执行
一个程序的多条语句的顺序执行：
S1: a:=x+y S2: b:=a-5 S3: c:=b+1
S1
S2
S3
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程序顺序执行的特点
顺序性：一个程序开始执行必须要等到前 一个程序已执行完成。
封闭性：程序一旦开始执行，其计算结果 不受外界因素影响。
所谓程序的并发
I1
P1
O1
执行是指：若干个程 序同时在系统中执行，
I2
P2
O2
这些程序的执行在时
间上是重叠的，一个 I3 P3 O3 程序的执行尚未结束，
另一个程序的执行已
经开始。
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程序的并发执行
一个程序的多条语句的并发执行：
S1: a:=x+2 S2: b:=y+5 S3: c:=a+b S4: d:=c+6
例如：在进行计算时，总是先输入用户的程序和 数据，然后才能计算，计算完成后再将结果打印 出来。
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程序的顺序执行
程序的顺序执行如图
I1
P1
O1
作业1
I2
P2
O2
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作业2
在计算机系统中只有一个程序在运行，这个程序独 占系统中所有资源，其执行不受外界影响。一道程 序执行完后另一道才能开始。