进程控制块

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
(a) 程序的顺序执行
图 2-1 程序的顺序执行
(b) 三条语句的顺序执行

2. 程序顺序执行时的特征

顺序性Fra Baidu bibliotek封闭性

程序在封闭的环境下执行，资源的状态只有 当前程序才能改变它。当前程序执行结果不 受外界因素影响。
S1

可再现性
S2

2.1.2

前趋图(Precedence Graph)
S3 具有循环的图

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


在分析程序的顺序执行和并发执行的差别基础 上，引入进程的概念。 2.1.1 程序的顺序执行及其特征

程序的内在逻辑要求程序中的多个程序段或多条语 句之间具有顺序执行的特点，例如：
S1: a:=x+y；S2: b:=a-5；S3: c:=b+1；
I1 C1 P1 I2 C2 P2 S1 S2 S3
2.1.4 进程的特征与状态

进程的特征

结构性：程序、数据和PCB构成进程实体 动态性：最基本特征，表明进程存在生命期 并发性：引入进程的直接原因 独立性：

独立运行、独立分配资源和调度的基本单位 进程按各自独立的、 不可预知的速度向前推进

异步性：


进程定义

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配 和调度的一个独立单位。（简记：进程是程序的一 次执行过程！）
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 2.5 2.6 经典进程的同步问题 进程通信 线程
教学目标

重点：

进程概念、进程状态及转换、进程控制

线程概念、多线程模型
进程同步概念、进程通信主要类型


难点：

使用信号量机制实现进程同步
2.1 进程的基本概念
程序B： While (true) { Print (N); N:=0; }
引入进程的原因



多道程序环境下程序的并发执行与单道 环境下程序的顺序执行相比，具有明显 的不同特征 通常的程序是不能参与并发执行的，因 为程序执行的结果是不可再现的，因而 程序的运行就失去了意义 为了能实现并发执行，需要将原来的程 序改造成进程

引入挂起状态的原因

引入挂起状态后进程状态的转换
执行
请 求 I/O

激活 活动 就绪 激活 挂起 静止 就绪
释 放

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
起 挂
释 放
挂起：Suspend原语
激活：Active原语
活动 阻塞
挂起
静止 阻塞
图 2-6 具有挂起状态的进程状态图
2.1.5


进程控制块（PCB）
进程控制块(Process Control Block)的作用
PCB是OS为每个进程定义的一个记录型数据结 构，它与程序、数据一起构成一个进程实体。 PCB是进程存在的惟一标志。 PCB中记录了用于描述进程的当前状态以及OS 控制进程运行的全部信息。 PCB的作用是使一个在多道程序环境下不能独 立运行的程序，成为一个能与其它进程并发执 行的进程。

2．某进程在运行过程中需要等待从磁盘上读入数据，此 时该进程的状态将（ ）。 A.从就绪变为运行 C.从运行变为阻塞 B.从运行变为就绪 D.从阻塞变为就绪
挂起状态

挂起状态：

暂停正在执行的进程，或暂不调度正处于就 绪状态的进程，使其处于静止的一种状态。 终端用户的请求 父进程请求 负荷调节的需要 操作系统的需要

进程与程序的对应关系

通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一 个进程可包括多个程序。

进程的三种基本状态

就绪状态

已分配到除CPU以外的所有必要资源，就缺CPU 处于就绪状态的进程可能有多个，在就绪队列中排队 正在占据CPU，CPU正执行其程序代码 只有一个 由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处 于暂停状态 系统常根据阻塞原因的不同而把处于阻塞状态的进程排成多 个阻塞队列
前趋图是一个有向无循环图，用于描述 进程之间执行的前后关系。结点描述一 个程序段或进程，结点间的有向边表示 两个结点之间的前趋关系。
2.1.3 程序的并发执行及特征

1．程序的并发执行
I1 I2 I3 I4
在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可 以并发执行，因为它们之 间不存在前趋关系
C1
C2
C3
C4
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

进程是一个状态变化的过程，有生命周期；程序可长久保存。

进程与程序的组成不同

进程的组成包括程序、数据和进程控制块（PCB）；而程序是 一组指令的有序集合；

系统中资源的状态将由多个程序来改变，致使程 序的运行失去了封闭性。这样，某程序在执行时， 必然会受到其它程序的影响。

不可再现性
示例：失去了可再现性
程序A： While (true) { N:=N+1; }
三种可能： （1）N:=N+1在Print(N)和N:=0之前，此时得到的N值分别为n+1，n+1，0。 （2） N:=N+1在Print(N)和N:=0之后，此时得到的N值分别为n，0，1。 （3） N:=N+1在Print(N)和N:=0之间，此时得到的N值分别为n，n+1，0。