2.1 进程的概念
chap 2进程管理
为了描述程序在并发执行时对系统资源 的共享，我们需要一个描述程序执行时动态 特征的概念，这就是进程或线程。在本章中， 我们将讨论进程的概念和进程间的关系。
2.1 程序的执行特点
程序的执行有两种方式：顺序执行和并发 执行。
2.1.1 程序的顺序执行
顺序执行是单道批处理系统的执行方式。
2.2.3进程控制块(PCB, process control block)
2）进程控制块中的信息
进程描述信息：
进程标识符(process ID)，内部标识符。唯一，通 常是一个整数； 进程名，外部标识符。通常基于可执行文件名，不 唯一； 用户标识符(user ID)；进程组关系(process group)
终止所有子进程？未必
方法：exit；或主程序返回：C中的 main()。调用exit()可终止进程。
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
引起阻塞的事件：
所需资源的不到满足。如：请求服务、请 求I/O 无事可做
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
进程阻塞过程：
进程自身调用有关阻塞原语，进入等待 队列。进程的主动性行为。 引起处理机调度。 例如UNIX:暂停一段时间sleep；暂停并 等待信号pause；等待子进程暂停或终 止wait。
就绪状态：进程已获得除处理机 外的所需资源，等待分配处理机 资源；只要分配到CPU就可执行 。在某一时刻，可能有若干个进 程处于该状态。
运行态 等待某个 事件发生
就绪态
某个事件已经发生
阻塞态
2.2.2进程的基本状态
1）三个基本状态——运行
运行状态：占用处理机资源运 行；处于此状态的进程的数目 小于等于CPU的数目。
操作系统的进程
中的进程，查到， 系统将当前进程 则进入阻塞态。 将阻塞态转换为 从运行态转变为 由运行进入阻塞 就绪态。 终止状态。 态原因可能很多
图2.7 进程五状态及转换图
2.3 进程的状态
进程的挂起状态
三个基本状态提供了构造进程活动和模型的系 统方法，并指导操作系统设计与实现。但这种系统 不充分： 一方面，处理机、内存等系统硬件资源的利用率得 不到充分发挥。 另一方面，处在活动空间的进程可能由于某原因暂 时静止下来，不处于活动状态，但也不从系统中彻 底退出，这就导致三种状态模型扩充，引入挂起状 态。
结束
var 1：begin B2： row，col : integer; 共 享 数 2：if integer; ticket[n][m] :row <= n row=3；col=4 据 ┅ 3： begin row=3；col=4 procedure ticket[row][col]:= 1; 4： booking 1：begin 2： 5： <= write (“座位：”row“排”，col if row n “号”); 3： begin 中断 4： ┅ticket[row][col]:= 1; 赋值1表示已售 5： write (“座位：”row“排”，col “号”); B1： 6： 1：begin mod m + 1; col = col 7：; row=3；col=4 8： ：row= row + 1; 3 end begin 9： 4 else 10： ： ticket[row][col]:= 1; 11： ： write (“座位：”row“排”，col 5 write （“座位已售完！”）; 12：end “号”); ┅
2.2 进程的管理
操作系统概论重点整理2017(2017年张琼声版)
操作系统概论-02323（2017年张琼声版本）第1章操作系统简介1.1什么是操作系统(1)操作系统概念：操作系统是一种复杂的系统软件，是不同程序代码、数据结构、初始化文件的集合，可执行。
操作系统是提供计算机用户与计算机硬件之间的接口，并管理计算机软件和硬件资源，并且通过这个接口使应用程序的开发变得简单、高效。
接口是两个不同部分的交接面。
接口分为硬件接口和软件接口，计算机的所有功能最终都是由硬件的操作来实现的，计算机屏蔽了对硬件操作的细节。
(2)操作系统完成的两个目标：1)与硬件相互作用，为包含在所有硬件平台上的所有底层可编程部件提供服务；2)为运行在计算机系统上的应用程序（即用户程序）提供执行环境。
现代计算机特点是支持多任务，一方面保证用户程序的顺利执行，另一方面使计算机系统资源得到高效的利用，保证计算机系统的高性能。
(3)操作系统的功能：处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。
1.2操作系统的发展1)无操作系统2)单道批处理系统3)多道程序系统（多道批处理系统、分时系统）4)微机操作系统5)实时操作系统6)嵌入式操作系统7)物联网操作系统1.2.1无操作系统阶段：电子管，无存储设备，第一台：1946年宾夕法尼亚大学的「埃尼阿克」单道批处理系统：晶体管，磁性存储设备，内存中有一道批处理作业，计算机资源被用户作业独占。
吞吐量是指单位时间内计算机系统处理的作业量1.2.2单道批处理系统特点：自动性、顺序性、单道性。
优点：减少了等待人工操作的时间缺点：CPU资源不能得到有效的利用。
1.2.3多道程序系统多道程序系统：集成电路芯片，出现了分时操作系统（多个终端）。
特点：多道性、无序性、调度性、复杂性。
优点：能够使CPU和内存IO资源得到充分利用，提高系统的吞吐量。
缺点：系统平均周转时间长，缺乏交互能力。
1.2.4微机操作系统：第一台Intel公司顾问GaryKildall 编写的CP/M系统，是一台磁盘操作系统，用于Intel8080.1.2.5操作系统特点(1)分时系统：特点：多路性、及时性、交互性、独立性。
操作系统进程的定义
操作系统进程的定义操作系统进程的定义1、引言操作系统进程是计算机系统中最基本的执行单位。
在操作系统中，进程是指一个正在执行中的程序实例，在运行过程中占有一定的资源，并且能够并行执行。
进程的概念是计算机科学中的重要概念之一，本文将详细介绍操作系统进程的定义及其相关概念。
2、进程的基本概念2.1 进程的定义进程是计算机中正在执行的程序实例。
每个进程都有自己的程序计数器、寄存器集合、堆栈和相关的系统资源。
进程可以并发执行，相互之间相互独立。
进程可以被操作系统创建、调度、终止或挂起。
2.2 进程的特性- 并发性：多个进程可以同时执行。
- 独立性：每个进程都是相互独立的，进程之间不能直接访问其他进程的内部数据。
- 动态性：进程的创建、调度和终止都是动态的过程。
2.3 进程的状态- 运行状态：进程正在执行。
- 就绪状态：进程已经准备好执行，等待分配处理器资源。
- 阻塞状态：进程等待某些事件的发生，例如等待输入/输出完成。
3、进程控制块（PCB）3.1 PCB的定义进程控制块是操作系统中管理进程的重要数据结构。
每个进程都有一个与之对应的PCB，用于记录进程的状态、进程的标识符、进程的优先级等信息。
3.2 PCB的内容PCB包含以下几个方面的信息：- 进程标识符：用于唯一标识进程的编号。
- 进程状态：记录进程的当前状态，如运行状态、就绪状态或阻塞状态。
- 进程优先级：用于调度算法决定进程的执行顺序。
- 程序计数器：记录进程当前执行的地质。
- 寄存器集合：保存进程的寄存器信息。
- 内存管理信息：记录进程的内存使用情况，如分配的内存地质和内存大小。
- 文件管理信息：记录进程使用的文件资源情况。
4、进程的创建与终止4.1 进程的创建进程的创建是指在系统中创建一个新的进程。
通常情况下，进程的创建是由已经存在的进程调用系统调用来完成的。
操作系统会为新创建的进程分配资源，并初始化进程的PCB。
4.2 进程的终止进程的终止是指一个进程的执行结束或被操作系统终止。
操作系统原理第二章进程管理
2.1 前趋图和程序执行
例：有7个结点的前趋图。
P = { P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7 } → = {（P1，P2），（P1，P3），（P1，P4）， （P2，P5），
（P3，P5），（P4，P6），（P5，P7），（P6，P7）}
2
1 3
4
5
7 6
2.1 前趋图和程序执行
➢ 程序的顺序执行
打印三项操作。其程序段并发执行的前趋图:
I1 → I2 → I3 → I4 →
↘↘↘↘
C1 → C2 → C3 → C4 →
↘↘↘↘
P1 → P2 → P3 → P4 →
2.1 前趋图和程序执行
例2．Begin integer N:=0;
Cobegin
Program A : begin
Program B : begin
void popaddr (top) { top --; r=*top; return (r) }
void pushaddr(blk) { *top = blk; top++;
}
先执行 popaddr 的top--，接着执行pushaddr的*top=blk
2.1 前趋图和程序执行
➢ 程序并发执行过程及条件 （Bernstein条件）
果必相同。
2.1 前趋图和程序执行
➢ 程序的并发执行
➢ 程序执行环境
➢ 独立性，逻辑上是独立的。 ➢ 随机性：输入和执行开始时间都是随机的。 ➢ 资源共享：资源共享导致对进程执行速度
的制约。
2.1 前趋图和程序执行
➢ 程序的并发执行
并发执行是指两个程序执行时间上是重叠 的。凡是能由一组并发程序完成的任务，都 能由相应的单个程序完成。 例1：有一批程序，而每个程序需输入，计算，
计算机知识之进程
1.进程的引入:多道程序在执行时，需要共享系统资源，从而导致各程序在执行过程中出现相互制约的关系，程序的执行表现出间断性的特征。
这些特征都是在程序的执行过程中发生的，是动态的过程，而传统的程序本身是一组指令的集合，是一个静态的概念，无法描述程序在内存中的执行情况，即我们无法从程序的字面上看出它何时执行，何时停顿，也无法看出它与其它执行程序的关系，因此，程序这个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程的特征。
为了深刻描述程序动态执行过程的性质，人们引入“进程（Process）”概念。
2.进程的概念:进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院的MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统引入的。
进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。
它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体。
它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。
进程的概念主要有两点：第一，进程是一个实体。
每一个进程都有它自己的地址空间，一般情况下，包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。
文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。
第二，进程是一个“执行中的程序”。
程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时，它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。
进程是操作系统中最基本、重要的概念。
是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。
操作系统引入进程的概念的原因:从理论角度看，是对正在运行的程序过程的抽象；从实现角度看，是一种数据结构，目的在于清晰地刻划动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。
操作系统进程的定义
操作系统进程的定义操作系统进程的定义1.引言在计算机系统中，进程是操作系统进行任务调度和资源管理的基本单位。
本文将介绍操作系统进程的定义及相关概念。
2.进程的概念2.1 进程的定义进程可以被定义为正在执行的程序实例。
每个进程都有自己的地质空间、内存和资源使用情况等属性，并且可以独立地执行和运行。
2.2 进程的特征进程具有以下特征：- 动态性：进程是动态和消亡的，可以动态地创建、终止和切换。
- 并发性：多个进程可以同时运行，实现操作系统的并发执行。
- 独立性：进程之间是独立的，相互之间不会干扰彼此的执行。
- 异步性：进程是独立运行的，它们的执行速度不受外部事件的干扰。
- 结构性：进程由程序、数据和资源组成，具有结构性。
3.进程的状态进程在运行过程中会有不同的状态，常见的进程状态包括：3.1 创建状态：进程正在被创建，但尚未开始执行。
3.2 就绪状态：进程已经准备好运行，正在等待分配CPU资源。
3.3 运行状态：进程正在执行中，占用CPU资源。
3.4 阻塞状态：进程由于某些原因无法继续执行，暂时阻塞。
3.5 终止状态：进程执行完成或被终止，进程即将结束。
4.进程的调度进程调度是操作系统的重要功能，通过调度算法将就绪状态的进程分配给CPU进行执行，并根据优先级和进程的状态进行相应的调度操作。
5.进程间的通信5.1 进程间通信的定义进程间通信（IPC）是指在进程间传输数据或共享信息，实现进程之间的协作和资源共享。
5.2 进程间通信的方式常见的进程间通信方式包括共享内存、消息传递、管道、信号量和套接字等。
6.进程的同步与互斥为了确保进程间数据的一致性，需要进行进程的同步与互斥控制。
同步是指协调进程之间的执行顺序，互斥是指防止多个进程同时访问共享资源。
7.附件本文档无涉及附件。
8.法律名词及注释8.1 进程：指操作系统中正在执行的程序实例。
8.2 地质空间：进程的内存地质范围，用于存储程序和数据。
8.3 资源：进程所需的各种系统资源，如CPU、内存、文件等。
计算机操作系统课件02-1进程的基本概念
(4) 静止阻塞→活动阻塞。处于Blockeds状态的进程，若用激 活原语Active激活后，该进程将转变为Blockeda状态。
4．创建状态和终止状态
1) 创建状态
创建一个进程一般要通过两个步骤：首先，为一个新进程创 建PCB，并填写必要的管理信息；其次，把该进程转入就绪状 态并插入就绪队列之中。
例如，在进行计算时，总须先输入用户的程序和数据，然后 进行计算，最后才能打印计算结果。
用结点(Node，用圆圈表示) 代表各程序段的操作，其中，I代 表输入操作，C代表计算操作，P为打印操作；另外，用箭头 指示操作的先后次序。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
S1
S2
S3
(a) 程序的顺序执行
(b) 三条语句的顺序执行
→={(Pi，Pj)|Pi must complete before Pj may start} 如果(Pi，Pj)∈→，可写成Pi→Pj，称Pi是Pj的直接前趋，而称 Pj是Pi的直接后继 在前趋图中，把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node)， 把没有后继的结点称为终止结点(Final Node)。
当用挂起原语Suspend将该进程挂起后，该进程便转变为静止 就绪状态，表示为Readys，处于Readys状态的进程不再被调度 执行。
请求
释放
活动 阻塞
I/O
调度
活动 就绪
激活
挂起
执行
激活 挂起
静止 阻塞
释放
挂起
静止 就绪
图 2-6 具有挂起状态的进程状态图
《计算机操作系统》第2章 进程管理
2.1.3 进程的状态模型
新建
准许
准许
挂起
静止就绪
事件 发生
静止阻塞
激活 挂起
激活 挂起
活动就绪
事件 发生 活动 阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放
退出
பைடு நூலகம்
图2-8 有挂起态的七状态模型
在新的状态模型中，比较重要的新转换如下： ►（1）活动阻塞→静止阻塞：当内存紧张而系统中又没有就绪进程时，一个阻塞
态进程就会被挂起。
分派
进入
非运行
运行
退出
暂停 图2-3 两状态模型
2.1.3 进程的状态模型
2. 三状态模型
三状态模型中进程的三种基本状态如下：
►（1）就绪状态（Ready）。一个进程获得了除处理机之外所需的一切资源，一 旦得到处理机即可运行。在系统中，将处于就绪状态的多个进程的PCB组织成一 个队列，或按照某种规则排在不同的队列中，这些队列称为就绪队列。
2.1.3 进程的状态模型
3. 五状态模型
新建态
进入就 绪队列
运行态
被调 度 时间片
用完
就绪态
事件
发生
退出态 等待事件 阻塞态
图2-6 五状态模型图
►为便于进程管理，有必要增加一种有用的状态，我们称为新建态，对应于刚刚创建 的进程，操作系统还没有把它加入到就绪队列中，通常是进程控制块已经创建但还 没有加载到内存中的新进程。
►同样，进程从系统中退出时，也增加一种有用的状态，进程被终止直到释放PCB所 处的状态，我们称为退出态。
2.1.3 进程的状态模型
五状态模型中的状态转换：
►（1）空→新建：创建一个程序的新进程。
进程管理
第二章进程管理2.1 进程的基本概念2.1.1 程序的顺序执行及其特征1．程序的顺序执行程序是人们要计算机完成的一些指令序列，是一个按严格次序、顺序执行的操作序列，是一个静态的概念。
我们把一个具有独立功能的程序独占处理机，直到最后结束的过程称为程序的顺序执行。
2.1.2 进程的定义与特征1．进程的定义人们对进程下过许多定义。
现列举其中的几种：⏹进程是程序的一次执行。
⏹进程是可以和别的进程并发执行的计算。
⏹进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程。
⏹进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位⏹进程是动态的，有生命周期的活动。
内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡。
进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。
它们之间的主要区别是：⏹程序是静态的概念；而进程则是程序的一次执行过程。
它是动态的概念。
⏹进程是一个能独立运行的单位，能与其它进程并发执行；而程序是不能作为一个独立运行的单位而并发执行的。
⏹程序和进程无一一对应的关系。
⏹各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系，而程序本身是静态的，不存在这种异步特征。
2.1.3 进程的基本状态及转换1．进程的三个基本状态进程通常至少有三种基本状态：（1）就绪状态（ready）进程运行所需的外部条件满足，但因为其它进程已占用CPU，所以暂时不能运行。
（2）执行状态(running)外部条件满足，进程已获得CPU，其程序正在执行。
在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态。
（3）阻塞状态(blocked)进程因等待某种事件发生，而暂时不能运行的状态，称为阻塞状态，也称为等待状态。
系统中处于这种状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，也有的系统则根据阻塞原因的不同将这些进程排成多个队列。
2．进程状态的转换对于一个系统中处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可执行，相应地，它由就绪态转变为执行状态。
第二章 - 进程和线程
2.4 线
程
2.4.1 线程概念 现代操作系统中，进程只作为资源拥有者， 而调度和运行的属性赋予新的实体——线 而调度和运行的属性赋予新的实体——线 程。 线程（Thread）是进程中实施调度和分派 线程（Thread）是进程中实施调度和分派 的基本单位
2.4.1 线程概念
1．线程的组成 每个线程有一个 thread结构，即 thread结构，即 线程控制块，用 于保存自己私有 的信息，主要由 以下4 以下4个基本部 分组成：
2.4.1 线程概念
4．线程和进程的关系 ① 一个进程可以有多个线程，但至少要有一个线程； 而一个线程只能在一个进程的地址空间内活动。 ② 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进 程的所有资源。 ③ 处理机分配给线程，即真正在处理机上运行的是 线程。 ④ 线程在执行过程中需要协作同步。不同进程的线 程间要利用消息通信的办法实现同步。
程同时访问和操纵相同的数据时，最后的执行结 果取决于进程运行的精确时序。
竞争条件（Race Condition），即两个或多个进 Condition），即两个或多个进
2.5.2 临界资源和临界区
1．临界资源和临界区 一次仅允许一个进程使用。我们把这类共 享资源称为临界资源（ 享资源称为临界资源（Critical Resource）。 Resource）。 在每个进程中访问临界资源的那段程序叫 临界区（ Section），简称CS区。 做临界区（Critical Section），简称CS区。
2.3.3 进程终止
（1）正常终止 （2）异常终止 （3）外部干扰
2.3.3 进程终止
终止进程的主要操作过程如下： 找到指定进程的PCB 找到指定进程的PCB 终止该进程的运行 回收该进程所占用的全部资源 终止其所有子孙进程，回收它们所占用的 全部资源。 将被终止进程的PCB从原来队列中摘走 将被终止进程的PCB从原来队列中摘走
进程的概念
表2.1 三个执行序列的情况 执行序列 打印的N值 执行后的N值 ① s+1 0 ② s 1 ③ s 0
由上表可见，由于观察者和报告者的执 行速度不同，导致了计算结果的不同，这 就是说，程序并发执行已丧失了顺序执行 所保持的封闭性和可再现性。而产生了如 下一些新的特征： ① 间断性 ② 失去封闭性 ③ 不可再现性
目前常用的PCB的组织方式有以下三种： ① 线性表方式：不论进程的状态如何，将所有的 PCB连续地存放在内存的系统区。这种方式适用于 系统中进程数目不多的情况。按线性方式组织PCB 的情况如图2.5。
PCB1
PCB2
PCB3
……
PCBn
图2.5 用线性表方式组织PCB
② 链接表方式：系统按照进程的状态将进程 的PCB链接成队列，从而形成就绪队列、阻 塞队列、运行队列等。按链接方式组织PCB 的情况如图2.6。 ③ 索引表方式：系统按照进程的状态分别建 立就绪索引表、阻塞索引表等，通过索引 表来管理系统中的进程。按索引方式组织 PCB的情况如图2.7。
列举几个操作系统的权威人士对“进程”所下的定义： ① 行为的一个规则叫做程序，程序在CPU上执行时所发生的 活动称为进程（Dijkstra）。 ② 一个进程是一系列逐一执行的操作，而操作的确切含义 则有赖于我们以何种详尽程度来描述进程 （Brinch.Hansen）。 ③ 进程是这样的计算部分，它可以与别的进程并发执行 （Madniek and Donovan）。 ④ 顺序进程(有时称为任务)是一个程序与其数据集一道顺 序通过CPU的执行所发生的活动（Alan C.Shaw）。 ⑤ 一个进程是由伪CPU执行的一个程序（J.H.Saltzer）。
第2章进程-概念
第2章进程进程(process)的概念是操作系统中最基本，最重要的概念。
它是在多道程序设计出现后，为了刻划系统内部出现的情况，描述系统内部各作业的活动规律而引进的一个新概念。
2．1 进程介绍2．1．1 程序的顺序执行与特征传统程序概念是顺序执行的。
计算机原理中提到程序计数器PC(程序的地址寄存器，汇编语言中叫IP)概念。
CPU从PC中取出程序首地址，PC自动加1，指向下一条应执行指令的地址，这就决定了程序是顺序执行的，即使转移或调子程序后，仍是顺序执行（见右图）。
如果在进行计算时，按存储程序式计算机体系结构的方式，应经过这样几个步骤:2．1．2 程序的并发执行和资源共享引入多道程序设计之后，系统内的情况就不同了。
1．多道程序的特点首先是并行(parallel，硬件实现)并发(concurrence，软件实现)。
硬件上：利用通道(I/O处理机)，主机与外设并行多通道，外设与外设并行。
软件上：同时把几个作业放入内存，这些程序段的执行在时间上是重叠的。
如果还用结点图表示如采用一定的技术(spooling)，I2可以与C1同时进行。
C1申请I/O时(或时间片到)，C2可以开始执行。
I3又同时可以开始。
从例中可以看出I1先于C1和I2；C1先于P1和C2；P1先于P2。
同时I2和C1，I3、C2和P1，I4、C3和P2是重叠的。
2．资源共享、程序并行带来了新问题①失去了程序的封闭性:假设一个飞机定票系统有两个终端，分别运行进程T1和T2。
进程执行:cobeginrepeat T1(x);repeat T2(x);coend进程定义:procedure T1(x1); | procedure T2(x2);var x1:integer; | var x2:integer;begin | begin按用户要求找到aj; | 按用户要求找到aj;x1:=aj; | x2:=aj;if x1>=1 then | if x2>=1 thenbegin | beginx1:=x1-1; aj:=x1; | x2:=x2-1; aj:=x2;输出一张票| 输出一张票end; | end;else 输出‚票售完‛| else 输出‚票售完‛end; | end;aj:=1 ，T1查询到x>=1，时间片到，轮到T2。
计算机二级进程知识点总结
计算机二级进程知识点总结一、进程的概念1. 进程是计算机中的基本概念之一，它是指正在运行的程序的实例。
2. 操作系统通过进程来管理和调度程序的执行，每个进程拥有独立的内存空间和执行环境。
3. 进程的主要特性包括并发性、独立性、动态性和时序性。
二、进程的属性和状态1. 进程的属性包括进程标识符（PID）、优先级、状态、父子关系等。
2. 进程的状态包括运行态、就绪态和阻塞态等。
三、进程的创建和终止1. 进程的创建可以通过fork()系统调用来实现，它会创建一个与原进程相同的新进程。
2. 进程的终止可以通过exit()系统调用来实现，它会终止当前进程的执行并返回一个状态码。
四、进程的调度1. 进程的调度是操作系统的重要功能之一，它决定了哪个进程能够获得CPU的执行权。
2. 进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、轮转调度（RR）等。
3. 调度算法的选择取决于系统的需求和实际情况，不同的算法有不同的特点和适用范围。
五、进程的同步和通信1. 进程的同步是指协调多个进程的执行顺序和时间，避免出现竞态条件和死锁问题。
2. 进程的通信是指多个进程之间的信息交换和数据共享，可以通过信号量、消息队列、共享内存等方式实现。
六、线程的概念1. 线程是进程的一部分，它是指进程中的执行单元，可以看作是轻量级的进程。
2. 线程共享进程的地址空间和资源，多个线程之间可以实现并发执行和数据共享。
七、多线程编程1. 多线程编程是利用多个线程来完成任务，可以提高程序的并发性和性能。
2. 多线程编程需要考虑线程的创建、同步、通信和终止等问题，避免出现竞态条件和死锁。
八、进程调度算法1. 先来先服务（FCFS）算法是最简单的调度算法，按照进程到达的先后顺序进行调度。
2. 最短作业优先（SJF）算法是根据每个进程的执行时间来进行调度，执行时间最短的进程先执行。
3. 轮转调度（RR）算法是按照时间片轮转的方式进行调度，每个进程只能执行一个时间片的时间。
2.1进程的基本概念
计算之间存在复杂的相互制约关系
程序的制约方式有如下两种 ：
（1）间接制约方式。 这是由于竞争相同资源而引起的，得到资 源的程序段可以投入运行，而得不到资源的程 序段就是暂时等待，直至获得可用资源时再继 续运行 。 （2）直接制约方式。 这通常是在那些逻辑上相关的程序段之间 发生的。一般是由于各种程序段要求共享信息 引起的。
二、进程状态的转换 对于一个进程来说“新状态”和“终止状 态”只有一次。
1．新状态 就绪状态 当就绪队列能够接纳新的进程时，OS便把处于 新状态的进程移入就绪队列，此时进程由新状态转变 为就绪状态。 2．就绪状态 执行状态 处于就绪状态的进程，当进程调度程序为它分 配了处理机后，该进程便由就绪状态变为执行状态， 正在执行的进程也称为当前进程。
4.异步性
进程按各自独立的、不可预知的速度向前 推进
5.结构特性
从结构上看，进程是由程序段、数据段 及进程控制块三部分组成。
说明
进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进 程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序 通常对应着文件、静态和可以复制。同一程序段可在不同数据集
合上运行，可构成不同的进程 ，进程具有创建其他进程的功能
2．活动阻塞 静止阻塞 当进程处于未被挂起的阻塞状态时，称为它处 在 活 动 阻 塞 状 态 （ 表 示 为 Blockeda ） 。 当 Suspend原语将它挂起后，进程便转变为静止阻塞 状态（表示为Blockeds）。处于该状态的进程， 在其所期待的事件出现以后，他将从静止阻塞变为 静止就绪。 3．静止就绪 活动就绪 处 于 Readys 状 态 的 进 程 ， 若 用 激 活 原 语 Active激活后，该进程将转变为Readya状态。 4．静止阻塞 活动阻塞 处 于 Blockeds 状 态 的 进 程 ， 若 用 激 活 原 语 Active激活后，进程将转变为Blockeda状态。
《进程基本概念》PPT课件
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28
2) 处理机状态
处理机状态信息主要是由处理机的各种寄存器中的内容
组成的。处理机在运行时，许多信息都放在寄存器中。当处
理机被中断时，所有这些信息都必须保存在PCB中，以便在该
进程重新执行时，能从断点继续执行。这些寄存器包括：①
通用寄存器，又称为用户可视寄存器，它们是用户程序可以
访问的，用于暂存信息，在大多数处理机中，有 8～32个通用
释放(Release)：由于进程完成或失败而中止 进程运行，进入结束状态；
➢运行到结束：分为正常退出Exit和异常 退出abort（执行超时或内存不够，非法指 令或地址，I/O失败，被其他进程所终止） ➢就绪或阻塞到结束：可能的原因有：父
进程可在任何时间中止子进程；
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3、七状态模型（引入挂起状态）
(1) 内部标识符。在所有的操作系统中，都为每一个 进程赋予了一个惟一的数字标识符，它通常是一个进 程的序号。设置内部标识符主要是为了方便系统使用。 (2) 外部标识符。它由创建者提供，通常是由字母、 数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。 为了描述进程的家族关系，还应设置父进程标识及子 进程标识。此外，还可设置用户标识，以指示拥有该 进程的用户。
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2）激活（Activate）：把进程从外存转到内 存，可能有以下几种情况：
就绪挂起到就绪：没有就绪进程或挂起就 绪进程优先级高于就绪进程时，会进行这种 转换；
阻塞挂起到阻塞：当Blocked Suspend队列 中有一个进程的阻塞事件可能会很快发生， 则可将一个Blocked/Suspend进程换入内存， 变为Blocked
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一、进程的概念
进程控制块
执行状态
阻塞状态
就绪 时间片完 I/O 完成 进程调度
注意： 就绪——>阻塞 阻塞——>运行
阻塞
I/O 请求
执行
图2-5 进程的三种基本状态及其转换
练 习
1.在进程状态转换时，下列哪一种状态转换是不可能发生 的？
A)就绪态→运行态
B)运行态→就绪态
C)运行态→等待态（阻塞）D)阻塞态→运行态
P1
P2
P3
P4
图2-3输入、计算和打印这三个程序对一批作业进行处理，它们并发执行时的前趋图
前趋关系： Ii→Ci，Ii→Ii+1，Ci→Pi，Ci→Ci+1，Pi→Pi+1
对于具有下述四条语句的程序段：
S1和S2可以并发执行， 因为它们之间不存在前 趋关系！
S1: a:=x+2
S2: b:=y+4
S1 S3 S2
图 2-4 四条语句的前趋关系
S3: c:=a+b
S4: d:=c+b
结论：不存在前趋关系的结 点间可以并发执行！
S4
2．程序并发执行时的特征
间断性
多个程序并发执行时共享系统中的各种资源，相 互制约将导致并发程序具有“执行—暂停—执行” 这种间断性的活动规律
失去封闭性（咨询顾问面对现场咨询和电话咨询）
进程与程序的区别
进程是动态的，程序是静态的
程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在 计算机之间迁移；而程序通常对应着文件，可以复制。
进程是暂时的，程序的永久的
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由于观察者和报告者各自独立地并行工 作,n=n+1的操作,既可以在报告者的 print (n) 和n=0操作之前,也可以在其后, 还可以在print (n) 和n=0之间,即可能出 现以下三种执行序列: ① n=n+1;print(n) ;n=0; ② print(n) ;n=0 ;n=n+1; ③ print(n) ;n=n+1 ;n=0; 假设在开始某个循环之前,n的值为s, 则在完成一个循环后,对上述三个执行序 列打印机打印的n值和执行后的n值如下表 所示:
int n=0; void observer(void) { while (1) { … n=n+1; remainder of observer; } } void reporter(void) { while(TRUE) { … print(n); n=0; remainder of reporter; } } void main( ) { parbegin(observer( ),reporter( )); }
PCB1
PCB2
PCB3
……
PCBn
用线性表方式组织PCB 图2.5 用线性表方式组织
链接表方式:系统按照进程的状态将进程 ② 链接表方式 的PCB链接成队列,从而形成就绪队列,阻 塞队列,运行队列等.按链接方式组织PCB 的情况如图2.6. 索引表方式:系统按照进程的状态分别建 ③ 索引表方式 立就绪索引表,阻塞索引表等,通过索引 表来管理系统中的进程.按索引方式组织 PCB的情况如图2.7.
第2章 进程管理
教学要点: 教学要点:
操作系统中最核心的概念是进程, 操作系统中最核心的概念是进程,进程是对正 在运行的程序的一种抽象, 在运行的程序的一种抽象,是资源分配和独立运行 的基本单位, 的基本单位,操作系统的所有内容都是围绕进程展 开的,操作系统的四大特征也是基于进程而形成的. 开的,操作系统的四大特征也是基于进程而形成的. 所以操作系统的学习者和设计者都要尽早地理解进 本章就来阐述有关进程的问题. 程.本章就来阐述有关进程的问题.
2.程序的并发执行及其特性 程序的并发执行及其特性
现代计算机在物理设计和逻辑设计中采用并 行操作技术,使多种硬件设备能并行工作. 行操作技术,使多种硬件设备能并行工作. 2.2给出了输入 计算, 给出了输入, 图2.2给出了输入,计算,打印程序对一批程 序进行处理的执行顺序.在该例中I1先于Cl I2, I1先于Cl和 序进行处理的执行顺序.在该例中I1先于Cl和I2, Cl先于Pl和C2,Pl先于P2,I2先于C2和I3, 先于Pl 先于P2 先于C2 Cl先于Pl和C2,Pl先于P2,I2先于C2和I3,……. . 这说明有些操作必须在其它操作之后执行, 这说明有些操作必须在其它操作之后执行,另外 有些操作却可以并行地执行.此外从图中可以看 有些操作却可以并行地执行. I2与Cl,I3与C2与P1,I4与C3与P2是重叠的 是重叠的. 出:I2与Cl,I3与C2与P1,I4与C3与P2是重叠的. 多道程序的并发执行大大地提高了系统的处理能 改善了系统资源的利用效率. 力,改善了系统资源的利用效率.
为了强调进程的并发性和动态性, 我们给进程作如下定义 定义: 定义 进程是可并发执行的程序在一个数 据集合上的运行过程, 据集合上的运行过程 , 是系统进行资 源分配和调度的一个独立单位. 源分配和调度的一个独立单位.
2.1.3 进程状态及其转换
1.进程的三种基本状态及其转换 ① 运行状态. 运行状态. 阻塞状态. ② 阻塞状态. 就绪状态. ③ 就绪状态. 进程的各个状态变迁如图2.3. 就绪→运行. ① 就绪→运行. 运行→阻塞. ② 运行→阻塞. 阻塞→就绪. ③ 阻塞→就绪. 运行→就绪. ④ 运行→就绪.
I1
C1
P1
I2
C2
P2
图2.1 程序的顺序执行
程序的顺序执行具有如下特点: 程序的顺序执行具有如下特点
顺序性. ① 顺序性. 独占资源. ② 独占资源. ③ 结果无关性. 结果无关性. 上述特点概括起来就是程序的顺序性,封闭 性和可再现性.所谓顺序性指的是程序的各部分 能够严格地按程序所确定的逻辑次序顺序地执行. 所谓封闭性指的是程序一旦开始执行,其计算结 果就只取决于程序本身,除了人为改变机器运行 状态或机器故障外,不受外界因素的影响.所谓 可再现性是指当该程序重复执行时,必将获得相 同的结果.这给程序的调试带来了很大的方便.
进程通常分为两类,一类是系统进程, 进程通常分为两类,一类是系统进程,另一 类是用户进程.它们的区别是: 类是用户进程.它们的区别是:
① 系统进程是操作系统用来管理系统资源并行活动的并发 软件;用户进程是可以独立执行的用户程序段,它是操作 系统提供服务的对象,是系统资源的实际使用者. ② 系统进程之间的关系由操作系统自己负责,这样有利于 增加系统的并行性,提高资源的利用率;用户进程之间的 关系主要由用户自己负责,为了便于用户管理自己的任务, 操作系统提供一套简便的任务调用命令作为协调手段,并 在用户区根据用户作业的性质(是单任务还是多任务)装 入相应的任务调度程序. ③ 系统进程直接管理有关的软,硬设备的活动;用户进程 只能间接地和系统资源发生关系,当用户进程需要某种资 源时,它必须向系统提出请求,由系统调度和分配. ④ 在进程调度中,系统进程的优先级高于用户进程.无论 是系统进程还是用户进程,对核心层来说它们都是基本的 活动单位.
I1
I2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2P3P4输 Nhomakorabea,计算, 图2.2 输入,计算,打印程序对一批程序进行处 理的执行顺序
程序的并发执行,是否还能保持顺序执 行时的特性呢?下面我们通过例子来说明 程序并发执行时的特性. 设有观察者和报告者并行工作.在一 条单向行驶的公路上经常有卡车通过.观 察者不断观察并对通过的卡车计数,报告 者定时地将观察者的计数值打印出来,然 后将计数器重新清"0".此时我们可以写出 如下程序,其中parbegin表示多个程序可 以并发执行.
程序的并发执行所表现出的特性说明以下两个问题 两个问题: 两个问题 ⑴ 程序和计算机执行程序的活动不再一一对应 ⑵ 并发程序间存在相互制约关系 程序之间的制约关系有两种: 直接制约关系和间接制约关系. 直接制约关系和间接制约关系. ① 直接制约关系通常是在彼此之间有逻辑关系的两个 并发执行的程序之间发生的, 并发执行的程序之间发生的,一般是由于各个程序段 要求共享信息引起的. 要求共享信息引起的. ② 间接制约关系是由于两个并发程序段由于竞争使用 同一资源引起的,得到资源的程序段可以继续执行, 同一资源引起的,得到资源的程序段可以继续执行, 得不到资源的程序段就只好暂停等待, 得不到资源的程序段就只好暂停等待,直至获得可用 资源时再继续运行. 资源时再继续运行.
执行 调度 请求I/O 请求 时间片到 激活 活动就绪 挂起 I/O完成 完成 I/O完成 完成 激活 活动阻塞 挂起 图2.4 具有挂起状态的进程状态变迁过程 静止阻塞 静止就绪 挂起
2.1.4 进程控制块
由于多个程序并发执行,各程序需要轮 流使用CPU,当某程序不在CPU上运行时, 必须保留其被中断的程序的现场,包括: 断点地址,程序状态字,通用寄存器的内 容,堆栈内容,程序当前状态,程序的大 小,运行时间等信息,以便程序再次获得 CPU时,能够正确执行.为了保存这些内容, 需要建立—个专用数据结构,我们称这个 数 据 结 构 为 进 程 控 制 块 PCB ( Process Control Block).
在通常的操作系统中,PCB应包含如下 一些信息: 进程标识信息. ① 进程标识信息. 位置信息. ② 位置信息. ③ 状态信息. 状态信息. 进程现场保护区. ⑤ 进程现场保护区. 资源清单. ⑥ 资源清单. 队列指针或链接字. ⑦ 队列指针或链接字. 其它信息. ⑧ 其它信息.
目前常用的PCB的组织方式有以下三种: 线性表方式:不论进程的状态如何,将所有的 ① 线性表方式 PCB连续地存放在内存的系统区.这种方式适用于 系统中进程数目不多的情况.按线性方式组织PCB 的情况如图2.5.
表2.1 三个执行序列的情况 执行序列 打印的N值 打印的 值 执行后的N值 执行后的 值 ① s+1 0 ② s 1 ③ s 0
由上表可见,由于观察者和报告者的执 行速度不同,导致了计算结果的不同,这 就是说,程序并发执行已丧失了顺序执行 所保持的封闭性和可再现性.而产生了如 下一些新的特征: ① 间断性 ② 失去封闭性 ③ 不可再现性
2.1 进程的概念
2.1.1 程序的并发执行
1.程序的顺序执行及其特性
一个具有独立功能的程序独占CPU运行,直至得到 最终结果的过程称为程序的顺序执行.例如,用户要求 计算机完成一道程序的运行时,通常先输入用户的程序 和数据,然后运行程序进行计算,最后将结果打印出来. 假设系统中有2个程序,而每个程序都由三个程序段I, C,P组成,其中,I表示从输入机上读入程序的信息,C 表示执行程序的计算过程,P表示在打印机上打印出程 序的计算结果.在单道环境下,每一程序的这三个程序 只能是一个接一个地顺序执行,也就是输入,计算和打 印三者串行工作,并且前一个程序结束后,才能执行下 一个程序.执行顺序如图2.1所示.
2.1.2 进程定义
进程是现代操作系统中的一个最基本也是最重要的概 念,掌握这个概念对于理解操作系统实质,分析,设计操 作系统都有其非常重要的意义. 下面列举几个操作系统的权威人士对"进程"所下的定义 ① 行为的一个规则叫做程序,程序在CPU上执行时所发生的 活动称为进程(Dijkstra). ② 一个进程是一系列逐一执行的操作,而操作的确切含义 则有赖于我们以何种详尽程度来描述进程 (Brinch.Hansen). ③ 进程是这样的计算部分,它可以与别的进程并发执行 (Madniek and Donovan). ④ 顺序进程(有时称为任务)是一个程序与其数据集一道顺 序通过CPU的执行所发生的活动(Alan C.Shaw). ⑤ 一个进程是由伪CPU执行的一个程序(J.H.Saltzer).