第三章進(jìn)程管理1

1、復(fù)習(xí)n操作系統(tǒng)提供給用戶的界面有哪兩種？n什么是系統(tǒng)調(diào)用？n系統(tǒng)調(diào)用包括哪幾類？第三章 進(jìn)程管理*進(jìn)程的概念進(jìn)程的描述進(jìn)程的引入n為了描述程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)資源的共享，我們需要一個(gè)描述程序執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)特征的概念，這就是進(jìn)程。n本章將討論進(jìn)程概念、進(jìn)程控制和進(jìn)程間關(guān)系。程序的執(zhí)行方式程序：一個(gè)在時(shí)間上嚴(yán)格次序前后相繼程序：一個(gè)在時(shí)間上嚴(yán)格次序前后相繼的操作序列。的操作序列。程序的執(zhí)行有兩種方式：程序的執(zhí)行有兩種方式：n順序執(zhí)行順序執(zhí)行n并發(fā)執(zhí)行并發(fā)執(zhí)行程序的執(zhí)行方式順序執(zhí)行n順序執(zhí)行：具有獨(dú)立功能的程序獨(dú)占CPU 直至得到最終結(jié)果的過(guò)程。n順序執(zhí)行是單道批處理系統(tǒng)的執(zhí)行方式，也用于簡(jiǎn)單的單片機(jī)

2、系統(tǒng)程序的執(zhí)行方式順序執(zhí)行n特點(diǎn)：n1）順序性：按照程序結(jié)構(gòu)所指定的次序（可能有分支或循環(huán)）n2）封閉性：程序執(zhí)行的最終結(jié)果由給定的初始條件決定，不受外界因素的影響n3）可再現(xiàn)性：無(wú)論何時(shí)重復(fù)執(zhí)行該程序，只要初始條件相同則結(jié)果相同程序的執(zhí)行方式并發(fā)執(zhí)行n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)行時(shí)間上客觀上互相重疊，即一個(gè)程序或程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個(gè)程序（段）的執(zhí)行已經(jīng)開(kāi)始n現(xiàn)在的操作系統(tǒng)多為并發(fā)執(zhí)行，程序并發(fā)執(zhí)行的目的：n提高計(jì)算機(jī)的處理能力n提高資源利用率程序的執(zhí)行方式并發(fā)執(zhí)行n并發(fā)執(zhí)行的兩種形式：n1）多道批處理系統(tǒng)中的多道運(yùn)行多道運(yùn)行： CPUI/O設(shè)備A計(jì)算A的I/O操

3、作B計(jì)算A計(jì)算B的I/O操作n2）某道程序的幾個(gè)程序段中，包含可同時(shí)執(zhí)行或可顛倒執(zhí)行的代碼n例：read（a）；n read（b）；程序的執(zhí)行方式并發(fā)執(zhí)行n特點(diǎn)：n間斷(異步)性：“走走停?！?，一個(gè)程序可能走到中途停下來(lái)，失去原有的時(shí)序關(guān)系；n失去封閉性：共享資源使一個(gè)程序受其他程序的控制邏輯的影響。（如：程序A寫到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可能被程序B修改）n失去可再現(xiàn)性：失去封閉性 失去可再現(xiàn)性；程序的兩次執(zhí)行期間，若外界環(huán)境發(fā)生變化，則可能失去可再現(xiàn)性不加控制的并發(fā)執(zhí)行所帶來(lái)的影響n例：利用堆棧管理一塊內(nèi)存區(qū)中各數(shù)據(jù)塊的使例：利用堆棧管理一塊內(nèi)存區(qū)中各數(shù)據(jù)塊的使用情況。用用情況。用getaddr(t

4、op) 從棧頂取出相應(yīng)的從棧頂取出相應(yīng)的內(nèi)存塊的地址。用內(nèi)存塊的地址。用reladdr(blk)將數(shù)據(jù)塊的地將數(shù)據(jù)塊的地址（以址（以bkl為地址）放入堆棧中。為地址）放入堆棧中。n描述：描述：proc getaddr(top) begin local r; r stop; top top-1; return (r);end;Proc reladdr(blk) begin top top+1; stop blk; end;不加控制的并發(fā)執(zhí)行所帶來(lái)的影響n若兩程序段順序執(zhí)行，則執(zhí)行結(jié)果具有封閉性和可再現(xiàn)性n若兩程序段并發(fā)執(zhí)行，則執(zhí)行結(jié)果如何？ abtop棧S的初試狀態(tài)top abReladdr先執(zhí)

5、行，執(zhí)行到top top+1Getaddr再執(zhí)行，執(zhí)行到stop blktop ab/不加控制的并發(fā)執(zhí)行所帶來(lái)的影響n結(jié)論：不加控制的getaddr（）和reladdr（）的并發(fā)執(zhí)行，產(chǎn)生了錯(cuò)誤的結(jié)果。不同執(zhí)行順序得到不同結(jié)果，程序執(zhí)行不再具有封閉性和可再現(xiàn)性n原因；并發(fā)程序段共享公共變量（堆棧指針）n解決：用程序作為描述執(zhí)行過(guò)程以及共享資源的基本單位使不合適的。需要一個(gè)能描述程序的執(zhí)行過(guò)程且能用來(lái)共享資源的基本單位，這個(gè)單位就是進(jìn)進(jìn)程程。進(jìn)程（Process）的定義n進(jìn)程：一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序程序在一個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集合集合上的一次動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程過(guò)程。簡(jiǎn)言之，進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行活動(dòng)。n進(jìn)

6、程描述了程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程；n進(jìn)程對(duì)應(yīng)處理機(jī)、存儲(chǔ)器和外設(shè)等資源的分配和回收；進(jìn)程的特性n動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程是程序一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過(guò)程n獨(dú)立性：各進(jìn)程的地址空間相互獨(dú)立，除非采用進(jìn)程間通信手段；n并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起向前推進(jìn)n異步性：每個(gè)進(jìn)程都以其相對(duì)獨(dú)立的不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)n結(jié)構(gòu)化：進(jìn)程 = 代碼段 + 數(shù)據(jù)段 + PCB）進(jìn)程與程序的區(qū)別n1）進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的。程序是有序代碼的集合；進(jìn)程是程序的執(zhí)行過(guò)程。進(jìn)程是暫時(shí)的，程序的永久的。n2）進(jìn)程具有并發(fā)特征，而程序沒(méi)有。進(jìn)程的執(zhí)行是獨(dú)立的，執(zhí)行速度是異步的。n3）進(jìn)程是競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的基本單位，而程序不是。n4）進(jìn)程

7、與程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系：通過(guò)多次執(zhí)行，一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程（對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集不同）。進(jìn)程與作業(yè)的關(guān)系n作業(yè)是用戶面向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)任務(wù)實(shí)體實(shí)體，進(jìn)程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實(shí)執(zhí)行實(shí)體，體，是向系統(tǒng)分配資源的基本單位；n一個(gè)作業(yè)可由多個(gè)進(jìn)程組成，至少由一個(gè)進(jìn)程組成，但反之不成立；n作業(yè)的概念主要用于批處理系統(tǒng)中，而進(jìn)程則用在幾乎所有的多道系統(tǒng)中。（分時(shí)操作系統(tǒng)UNIX沒(méi)有作業(yè)的概念）主要內(nèi)容*進(jìn)程的概念進(jìn)程的描述進(jìn)程的描述進(jìn)程的一個(gè)特征：結(jié)構(gòu)化（進(jìn)程的靜態(tài)描述）進(jìn)程 = 程序 + 數(shù)據(jù) + 進(jìn)程控制塊PCBn程序程序是進(jìn)程的不可缺少的組成部分，描述要完成的功能n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是進(jìn)程處理的對(duì)象n進(jìn)程控制塊進(jìn)

8、程控制塊PCB是進(jìn)程的控制結(jié)構(gòu)，是進(jìn)程的唯一標(biāo)識(shí)，系統(tǒng)通過(guò)PCB管理和控制進(jìn)程，PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程的唯一實(shí)體。進(jìn)程的描述nPCB：由OS維護(hù)的用來(lái)記錄進(jìn)程相關(guān)信息和管理進(jìn)程設(shè)置的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。包含了進(jìn)程的描述信息、控制信息和資源信息以及現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)；n特點(diǎn)：nPCB結(jié)構(gòu)的全部或部分常駐內(nèi)存；（系統(tǒng)通過(guò)PCB管理和控制進(jìn)程）nPCB隨進(jìn)程的創(chuàng)建而填寫，隨進(jìn)程的撤消而釋放；n進(jìn)程與PCB是一一對(duì)應(yīng)的；（PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志）進(jìn)程的描述PCB內(nèi)容n進(jìn)程描述信息：n進(jìn)程控制信息：n資源管理信息：存儲(chǔ)器使用的現(xiàn)狀、打開(kāi)文件列表等nCPU現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)：中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)寄存器值進(jìn)程的描述進(jìn)程上下文n進(jìn)程上下文：進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過(guò)程的靜態(tài)描述n例：中斷時(shí)保護(hù)的“CPU現(xiàn)場(chǎng)”就是保護(hù)“進(jìn)程上下文”n進(jìn)程上下文結(jié)構(gòu)PCB各種控制表指針棧區(qū)數(shù)據(jù)集正文集各種寄存器進(jìn)程上下文切換進(jìn)程的描述進(jìn)程空間n進(jìn)程空間：任何一個(gè)進(jìn)程都有自己地址空間，叫做進(jìn)程空間。程序的執(zhí)行都是在進(jìn)程空間內(nèi)進(jìn)行。n進(jìn)程空間劃分：n）用戶空間：用戶程序在其中執(zhí)行n）系統(tǒng)空間：操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在其中執(zhí)行進(jìn)程空間進(jìn)程的描