網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第5章進(jìn)程管理1.

1、第5章進(jìn)程管理 主要內(nèi)容：進(jìn)程和線程的概念； 進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換；進(jìn)程冋步機(jī)制；進(jìn)程之間的通信；5.1進(jìn)程與任務(wù)5. 1. 1前趨圖為描述一個程序的各部分（程序段或語句）間的依賴 關(guān)系，常常采用前趨圖。如圖所示的前趨圖中，P1為初始點(diǎn)，P7為終止點(diǎn)。前 趨圖存在下面的前趨關(guān)系：P1-P2, P1-P3, P1-P4, -P2fF5, P3P5,P3P6, P4F6, F5F7, F6F7。前趨圖中有兩種元素:一條語句、一個程序段或進(jìn)程。有向邊。用箭頭一表示，表示兩個節(jié) 點(diǎn)之間存在的偏序(Partial_Order)或前趨關(guān) 系(Precedence_Relation)oPiPj表示在Pj開始前

2、Pi必須完成，即Pi是Pj的直接前趨,Pj是Pi的直接后繼，前趨圖中不存在循環(huán)。512程序的順序執(zhí)行程序的順序執(zhí)行：一個具有獨(dú)立功能的程序獨(dú)占處理 機(jī)直到最終結(jié)束的過稈。順序程序執(zhí)行的特點(diǎn)：(1)、程序執(zhí)行的順序性：每個操作必須在下一個操 作之前結(jié)束。(2)、程序運(yùn)行環(huán)境的封閉性：程序的運(yùn)行環(huán)境只有 它自己的動作改變。(3)、程序結(jié)果的確定性：其計(jì)算結(jié)果與執(zhí)行速度、時間無關(guān)。(4)、計(jì)算的可重現(xiàn)性：只要初始條件相同計(jì)算結(jié)果 就必然相同。節(jié)點(diǎn)。用圓圈 O 表示,其內(nèi)涵口以是65 1 3程序的并發(fā)執(zhí)行多道程序環(huán)境下執(zhí)行環(huán)境的特點(diǎn)：(1)、獨(dú)立性：每道程序邏輯上完全獨(dú)立，不存在 相互的制約關(guān)系；(2

3、)、隨機(jī)性：程序的開始執(zhí)行、數(shù)據(jù)輸入輸出、 完成時間都是隨機(jī)的。(3)、資源共享：系統(tǒng)內(nèi)的所有資源都是被所有并 發(fā)進(jìn)程所共享。正是由于資源的共享，導(dǎo)致了對 程序推進(jìn)速度的制約。程序的并發(fā)、并行執(zhí)行的含義(1)、程序的并發(fā)執(zhí)行：一組在邏輯上互相獨(dú)立的 程序或程序段在執(zhí)行過程屮，其執(zhí)行時間在宏觀 上互相重疊。(強(qiáng)調(diào)時間段)或程岸陵住同一Bj*刻同時執(zhí)行過程。(強(qiáng)調(diào)同一時刻)程序的并發(fā)執(zhí)行所帶來的影響程序并發(fā)、并行執(zhí)行最大的優(yōu)點(diǎn)就是提高了計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)的處理能力，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率大大提高, 為計(jì)算機(jī)的在各方面的低成本應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為 計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展提供了條件。但是，也正是由于程序的并發(fā)執(zhí)行

4、，將會導(dǎo)致系統(tǒng)資 源的共享和競爭，從而影響程序的推進(jìn)進(jìn)度，另外， 也為操作系統(tǒng)和用戶程序的開發(fā)帶來一定的難度。程序的并發(fā)執(zhí)行帶來的問題：(與速度有關(guān)的錯誤)81HW x=0;Pa:由于Pa,Pb交替執(zhí)行，打印出的結(jié)果可能是:(x=1 ,x=2)或(x=1 ,x=1)結(jié)果不唯一，出錯！ ！ ！勺提出進(jìn)程概念的原因：由于程序的并發(fā)執(zhí)行，導(dǎo)致程序執(zhí)行的順序性被打破； 并發(fā)執(zhí)行的程序段共亭系統(tǒng)的軟硬件資源， 導(dǎo)致程序運(yùn) 行環(huán)境的封閉性不存在了；由于程序運(yùn)行環(huán)境不再封閉, 因此運(yùn)行結(jié)果與程序運(yùn)行速度有了一定的關(guān)系， 順序程 序的程序結(jié)果的確定性和計(jì)算的可重現(xiàn)性也不復(fù)存在了。在多道程序系統(tǒng)中，如果我們的程

5、序不采取一定的措施來 控制和約朿它們之間的推進(jìn)速度的話， 就會導(dǎo)致我們設(shè) 計(jì)的程序的運(yùn)行結(jié)果和我們預(yù)期完全不符的現(xiàn)象，得到 一個錯誤的結(jié)果，從而給我們的計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來很多的 麻煩，這不是我們所期望的。因此必須有一個描述程 序段的執(zhí)行過程和共享資源的基本單位。pb:R=XX=X+1:-R=R+1X=Rprintf(Mx=%dnM,x);R=XX=X+1;-R=R+1X=Rprintf(ltx=%dn,x);10通過它來描述系統(tǒng)內(nèi)程序段的運(yùn)行過程中資源的當(dāng)前 對資源的請求情況、當(dāng)前資源的實(shí)際獲得情況和當(dāng)前 已使用完畢資源情況，從而為操作系統(tǒng)和用戶程序的設(shè)計(jì)中對并發(fā)執(zhí)行程序的推進(jìn)速度的控制提供必要條

6、 件。但由于程序定義的順序性、靜態(tài)性和孤立性，用程序（段）作為描述其執(zhí)行過程和共享資源的基本單位 既增加操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，也無法反應(yīng)操 作系統(tǒng)所應(yīng)該具有的程序段執(zhí)行的并發(fā)性、用戶隨機(jī) 性以及資源共享等特征，因此需要有一個能描述程序 執(zhí)行過程且能用來共享資源的基木單位，這就是進(jìn)程。5.1斗進(jìn)程定義：一個具有獨(dú)立功能的程序?qū)δ硞€數(shù)據(jù)集在處理機(jī)上的 執(zhí)行過程和資源分配的基本單位。進(jìn)程和程序的區(qū)別和聯(lián)系：（1）、進(jìn)程是動態(tài)的概念，而程序是靜態(tài)的概念；（2）、進(jìn)程具有并行特征，而程序沒有；（3）、進(jìn)程是競爭資源的基本單位，從而其并行性受到系統(tǒng) 自己的制約，而程序不是；（4）、一個進(jìn)程可以包含多

7、個程序，一個程序可以對應(yīng)多個 進(jìn)程；（5）、程序是進(jìn)程的物理基礎(chǔ)；（6）、進(jìn)程的生命周期是短暫的，而程序的生命周期與進(jìn)程 相比則是長久的。12程序順序執(zhí)行與并發(fā)執(zhí)行有什么不同？（哈爾濱工業(yè)大 學(xué)2001年操作系統(tǒng)考研試題）進(jìn)程是操作系統(tǒng)中的一個重要概念，進(jìn)程是一個具 有一定獨(dú)立功能的程序在某個數(shù)據(jù)集合上的一次（）o進(jìn)程是一個（）概念，而程序是一個（）的概念。進(jìn)程的最基本狀態(tài)有（）個。在一個單處理機(jī)系統(tǒng)中，若有6個用戶進(jìn)程， 在非管態(tài)的某一時刻， 處于就緒狀態(tài)的用 戶進(jìn)程最多有 （ ）個。選擇：A：單獨(dú)操作關(guān)聯(lián)操作進(jìn)行活動卄發(fā)活動B：靜態(tài)動態(tài)邏輯物理C：物理邏輯動態(tài)靜態(tài)D：2539E：5614進(jìn)

8、程的特征.（1）、動拓性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序的一次運(yùn)行 過程，所以動態(tài)性是進(jìn)程最基本的特征；動態(tài) 性還表現(xiàn)在“它由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行, 由撤消而消亡”;因此進(jìn)程有一定的生命期。（2）、并發(fā)性：多個進(jìn)程能在一段時間內(nèi)同時 運(yùn)行。（3）、獨(dú)立性：進(jìn)程是一個能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立 分配資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。（4）、異步性：各進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù) 知的速度向前推進(jìn)。（5）、機(jī)構(gòu)特征：為每個進(jìn)程配置一個PCB。作業(yè)和進(jìn)程的區(qū)別聯(lián)系77了解）（1）、作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提交任務(wù)的任 務(wù)實(shí)體，而進(jìn)程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體, 是向系統(tǒng)申請分配資源的基本單位。（2）、作業(yè)在沒有進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)時被存入外

9、存 的后備作業(yè)隊(duì)列中等待調(diào)度執(zhí)行；進(jìn)程一旦被 創(chuàng)建，總有相應(yīng)部分被放入內(nèi)存。（3）、一個作業(yè)可由多個進(jìn)程組成，且必須至 少由一個進(jìn)程組成；但反過來不成立。系統(tǒng)中，而進(jìn)程的概念則用于幾乎所有多道程序系統(tǒng)中。5.2進(jìn)程的狀態(tài)與進(jìn)程控制塊5. 2. 1進(jìn)程的描述進(jìn)程的組成（靜態(tài)描述）：進(jìn)程是由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（PCB）組成 PCB的作用：1、PCB中包含進(jìn)程的描述信息、控制信息以及資源信 息，是進(jìn)程動態(tài)特征的集中反映。2、 創(chuàng)建一個進(jìn)程時首先創(chuàng)建其對應(yīng)的PCB；當(dāng)一個進(jìn) 程完成功能后，系統(tǒng)釋放其PCB,進(jìn)程隨之消亡。3、 系統(tǒng)根據(jù)PCB感知進(jìn)程的存在，通過PCB中所包含 的各項(xiàng)變量的變化，掌握

10、進(jìn)程所處的狀態(tài)。系統(tǒng)通過 修改PCB中相應(yīng)項(xiàng)的直來調(diào)整進(jìn)程狀態(tài)和控制進(jìn)程的 活劫。4、PCB的全部或部分是常住內(nèi)存的。-5、PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一實(shí)體。14（4）、作業(yè)的概念應(yīng)用范主要局限于批處理16 PCB包含的基本內(nèi)容：(1)進(jìn)程標(biāo)識符：內(nèi)部標(biāo)識符：是唯一的，代表進(jìn)程身份外部標(biāo)識符：是代表該進(jìn)程的歸屬(2)進(jìn)程的調(diào)度信息進(jìn)程狀態(tài)：運(yùn)行、就緒、阻塞進(jìn)程優(yōu)先級：包括占用CPU時間、進(jìn)程初始優(yōu)先級等(3)進(jìn)程的控制信息程序和數(shù)據(jù)的地址資源清單隊(duì)列指針家族關(guān)系p.2.2進(jìn)程的狀態(tài)18-業(yè)程已經(jīng)獲得了除CPU以外的所有資源， 只要一旦由進(jìn)程 調(diào)度程序調(diào)度得到處理機(jī)便可以立即投入運(yùn)行就緒狀態(tài)又

11、可分為：活動就緒狀態(tài)（內(nèi)存就緒）:進(jìn)程在內(nèi)存靜止就緒狀態(tài)（外存就緒）:進(jìn)程不在內(nèi)存運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)程已經(jīng)獲得了包括CPU在內(nèi)的所有資源， 正在處理機(jī)上 執(zhí)行的狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)又可分為：用戶執(zhí)行狀態(tài)：執(zhí)行用戶程序時的狀態(tài)系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)：執(zhí)行系統(tǒng)核心代碼時的狀態(tài)勺巒狀態(tài)丄阻塞狀態(tài)）-進(jìn)程因等待某事件的發(fā)生而放棄處理機(jī)后所處的狀態(tài)等待狀態(tài)的分類；按進(jìn)程是否在內(nèi)存分類：活動阻塞狀態(tài)：進(jìn)程在內(nèi)存靜態(tài)阻塞狀態(tài)：進(jìn)程不在內(nèi)存按等待事件分類：內(nèi)存等待：當(dāng)前沒有足夠內(nèi)存設(shè)備等待：當(dāng)前所需設(shè)備忙 文件等待：文件輸入輸出未完成 數(shù)據(jù)等待：所需數(shù)據(jù)沒有收到205.23進(jìn)程的狀態(tài)變遷機(jī)制提交(Admit)：完成一個新進(jìn)程的創(chuàng)建過

12、程，新進(jìn) 程進(jìn)入就緒狀態(tài)。由于性能、內(nèi)存、進(jìn)程總數(shù)等原 因，系統(tǒng)會限制并發(fā)進(jìn)程總數(shù)。調(diào)度(Dispatch)：按調(diào)度算法從就緒進(jìn)程隊(duì)列中選 擇進(jìn)程，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。釋放(Release)：由于進(jìn)程完成或異常終止進(jìn)程運(yùn) 行，進(jìn)入退出狀態(tài)。狀態(tài)變遷圖中只畫出了執(zhí)行狀 態(tài)到退出狀態(tài)間的釋放轉(zhuǎn)換。但實(shí)際上，還存在從 就緒狀態(tài)或阻塞狀態(tài)到退出狀態(tài)的釋放轉(zhuǎn)換。 執(zhí)行 到退出的轉(zhuǎn)換可分為正常退出(exit)和異常退出(abort)o I超時(干imeout)：由刊完時間卄或呈 就緒等原因?qū)е逻M(jìn)程暫停執(zhí)行。分配的吋間片用完 而發(fā)生時鐘中斷，或一個剛進(jìn)入就緒隊(duì)列的進(jìn)程， 其優(yōu)先級高于處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程的優(yōu)先級而搶

13、占 處理機(jī)，于是進(jìn)程從執(zhí)行狀態(tài)到就緒狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。等待事件(Event Wait)：進(jìn)程要求的事件未出現(xiàn)而 進(jìn)入阻塞?？赡艿脑虬ィ荷暾埾到y(tǒng)服務(wù)或資源、 通信、I/O操作等。事件發(fā)生(Event Occurs)：進(jìn)程等待的事件發(fā)生。例如，操作完成、申請成功等。進(jìn)程從等待狀態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)榫途w狀態(tài)，重新等待處理機(jī)調(diào)度。操作系統(tǒng)中多個進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行是通過兩套循環(huán)完 成。一是通過調(diào)度與超時二種狀態(tài)變遷原因的循環(huán)。 二是通過調(diào)度、等待事件和事件發(fā)生三種狀態(tài)變遷 原因的循環(huán)。-22進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖之一215? 2旗有坯起狀態(tài)的iSl具有掛起和解掛功能的操作系統(tǒng)中進(jìn)程的狀態(tài)變化.操作系統(tǒng)屮進(jìn)程的狀態(tài)冇許多種，但最基本的代表其生命周 期的三種狀態(tài)為（）、（）、（）。這三種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換稱為（）。（哈爾濱工業(yè)大學(xué)2001年操作系統(tǒng)考研試題）一作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存后，則所屬該作業(yè)的進(jìn)程初始時處于（） A、運(yùn)行狀態(tài)B、等待狀態(tài) C、就緒狀態(tài)D、收容狀態(tài)進(jìn)程所請求的一次打印輸出結(jié)束后，將便進(jìn)程狀態(tài)從（）A、運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)B、運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)C、就緒狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行