操作系统原理教程 第2章 处理器管理

行，进程状态也就处于执行状态。

阻塞状态
– 正在执行的进程因为发生某些事件（如请求输入/输
出、申请额外空间等）而暂停运行，这种受阻暂停 的状态称为阻塞状态，也可以称为等待状态。
进程的其它两种状态

新状态
– 当一个新进程刚刚建立，还未将其放入就绪
队列时的状态，称为新状态。

终止状态
– 当一个进程已经正常结束或异常结束，操作
系统已将其从系统队列中移出，但尚未撤消， 这时称为终止状态。
进程状态间的转换
新状态→就绪状态 就绪状态→执行状态 执行状态→阻塞状态 执行状态→就绪状态 阻塞状态→就绪状态 执行状态→终止状态 如图2-5所示

进程的挂起状态

引入挂起状态主要 原因：
– 用户的需求

引入挂起状态后的进程 状态转换
– 如果就绪队列可以接纳新进程，便将新进程加入到就绪队列中。
进程的撤消

引起进程撤消的事件
– 进程正常结束 – 在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而使得进程被迫中止 – 进程应外界的请求而中止运行
– – – – –
动态性 并发性 独立性 异步性 结构性
进程的状态
进程的三种基本状态 进程的其它两种状态 进程状态间的转换

进程的三种基本状态

就绪状态
– 当进程以分配到除处理器（CPU）以外的所有必要
资源后，只要再获得处理器就可以立即执行，这时 进程的状态称为就绪状态。

执行状态
– 处于就绪状态的进程一旦获得了处理器，就可以运
– 前趋图是一个有向无循环图。
要求
– 每个结点可用于表示一条语句、一个程序段等 – 结点间的有向边表示在两个结点之间存在的前趋关
系

例如：
– 图2-1所示
程序的顺序执行

概念：
– 程序在执行时，必须按某种先后次序逐个执
行操作，只有当前一个操作执行完后，才能 执行后一个操作。

特征：
– 顺序性
– 封闭性 – 可再现性
操作系统原理教程
第2章 处理器管理
本章教学目标
了解线程的基本概念 熟悉进程描述、进程通信和进程死锁 掌握进程控制、进程同步与互斥、进程 调度

本章主要内容



处理器管理概述 进程描述 进程控制 线程的基本概念 进程同步与互斥 进程通信 进程调度 进程死锁
处理器管理概述

进程控制块的作用

概念
– 进程控制块是进程实体的重要组成部分，是操作系
统中最重要的记录型数据，在进程控制块PCB （Program Contral Block）中记录了操作系统所需要 的、用于描述进程情况及控制进程运行所需要的全 部信息

作用
– 通过PCB，使得原来不能独立运行的程序（数据），
成为一个可以独立运行的基本单位，一个能够并发 执行的进程。进程控制块是进程存在的唯一标志。

解释：
– 运算的读集是指在运算执行期间引用的所有变量的
集合； – 运算的写集是指在运算执行期间要改变的所有变量 的集合。

例子：
– 例2-2
利用前趋图

原理：
– 画出程序执行的前趋图，根据该程序或运算在前趋
图中的位置关系，可以判断其能否并发执行。

解释：
– 在程序或运算的先后顺序上，只有前后相邻的的程
序或运算不能并发执行，其余程序和运算都可以并 发执行。

例子：
– 例2-3
进程描述
进程的概念 进程的状态 进程的挂起状态

进程的概念

进程的定义
– 一个程序在一个数据集合上的一次运行过程。所以
一个程序在不同数据集合上运行，乃至一个程序在 同样数据集合上的多次运行都是不同的进程。

进程的特征
处理器管理的功能 程序的执行

处理器管理的功能

处理器管理的主要任务
– 是对处理器进行分配，并对其运行进行有效
地控制和管理。 进程控制 进程同步 进程通信 进程调度

处理器管理的主要功能
– – – –
程序的执行


程序执行的描述
– 前趋图
程序的顺序执行 程序的并发执行
前趋图

概念：
进程控制块的内容

进程标识信息
– 进程标识符用于标识一个进程，一个进程通有外部标识符和
内部标识符两种

说明信息
– 说明信息是有关进程状态等一些与进程调度有关的信息。
现场信息
– 现场信息是用于保留进程存放在处理器中的各种信息，主要
由处理器内的各个寄存器的内容组成。

管理信息
– 管理信息包括进程资源、控制机制等一些进程执行所需要的
进程的创建

引起进程创建的事件
– 用户登录 – 作业调度 – 提供服务 – 应用请求

进程创建的过程
– 为新进程分配唯一的进程标识符，并从 PCB 队列中申请一个空闲
PCB。 – 为新进程的程序和数据，以及用户栈分配相应的主存空间及其它必 要分配资源。 – 初始化PCB中的相应信息，如标识信息、处理器信息、进程控制信 息等。
程序的并发执行

概念：
– 是指在一个时间段内执行多个程序。
特征：
– 间断性 – 失去封闭性 – 不可再现性

程序并发执行的判断方法：
– Bernstein条件 – 利用前趋图
Bernstein条件

原理：
– 不同运算（或程序）的读集与写集的交集和写集与
写集的交集的并集为空集时，这几个运算（或程序）
链接方式
– 把具有相同状态的PCB，用其中的链接指针
链接成队列。如图2-7所示。

索引方式
– 系统根据所有进程的状态，建立几张索引表。
在每个索引表的表目中，记录着具有相同状 态的各个PCB在表中的地址。如图2-8所示。
进程控制原语

原语的概念
– 原语是指具有特定功能的不可被中断的过程。它主
– 执行状态→静止就绪
– 父进程的需求
– 操作系统的需求 – 对换的需求
– 活动就绪→静止就绪
– 静止就绪→活动就绪 – 活动阻塞→静止阻塞
– 静止阻塞→活动阻塞
– 静止阻塞→静止就绪
进程控制
进程控制块PCB 进程的创建与撤消 进程的阻塞与唤醒

进程控制块PCB
进程控制块的作用 进程控制块的内容 进程控制块的组织方式 进程控制原语
要用于实现操作系统的一些专门控制操作。

原语的分类
– 创建原语：用于为一个进程分配工作区和建立PCB，置该进程
为就绪状态。 – 撤消原语：用于一个进程工作完后，收回它的工作区和PCB。 – 阻塞原语：用于进程在运行过程中发生等待事件时，把进程 的状态改为等待态。 – 唤醒原语 ：用于当进程等待的事件结束时，把进程的状态改 为就绪态。