操作系統(tǒng)_第2章輔導(dǎo)與自測(共11頁)

1、PAGE PAGE 17第2章 進程管理 輔導(dǎo)(fdo)與自測2.1 本章(bn zhn)知識點進程(jnchng)是操作系統(tǒng)中最基本、最重要的概念之一，在計算機系統(tǒng)中，進程不僅是最基本的并發(fā)執(zhí)行的單位，而且也是分配資源的基本單位。引入進程這個概念，對于我們理解、描述和設(shè)計操作系統(tǒng)具有重要意義。本章的主要知識點為： （1）進程的概念進程是程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程。進程最根本的屬性是動態(tài)性和并發(fā)性。要注意進程與程序的區(qū)別。進程的五個基本特征是：動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、制約性、結(jié)構(gòu)性。一個進程實體通常由程序、數(shù)據(jù)、棧和進程控制塊（PCB）這四部分組成。進程控制塊是進程組成中最關(guān)鍵的部分。每個進程

2、有唯一的進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進程實施控制和管理。進程的動態(tài)、并發(fā)等特征是利用PCB表現(xiàn)出來的。為了對所有進程進行有效地管理，常將各進程的PCB用適當?shù)姆绞浇M織起來。一般說來，進程隊列有以下幾種方式：線性方式、鏈接方式和索引方式。進程有三個基本狀態(tài)：運行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)。在一定的條件下，進程的狀態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)換。下圖所示為進程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換。運行態(tài)分配到CPU時間片到等待某事件發(fā)生所等待的事件發(fā)生阻塞態(tài)就緒態(tài)圖 進程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 （2）進程管理就如同人類的族系一樣，系統(tǒng)中眾多的進程也存在族系關(guān)系：由父進程創(chuàng)建子進程，子進程再創(chuàng)建子進程，從而構(gòu)成一棵樹形的進程族系圖。進程作為有“生命期”

3、的動態(tài)過程，對它們的實施管理主要包括：創(chuàng)建進程、撤消進程、掛起進程、恢復(fù)進程、改變進程優(yōu)先級、封鎖進程、喚醒進程、調(diào)度進程等。在Linux系統(tǒng)中，進程有5種狀態(tài)。進程分為系統(tǒng)進程和用戶進程。其中，系統(tǒng)進程只運行在內(nèi)核模式下；用戶進程既可以在用戶模式下運行，也可以通過系統(tǒng)調(diào)用等運行在內(nèi)核模式下。Linux的task_struct結(jié)構(gòu)相當于其進程控制塊。Linux系統(tǒng)對進程的操作常用命令有：ps、kill、sleep等。常用的系統(tǒng)調(diào)用有：fork，exec，wait，exit，getpid，sleep，nice等。（3）進程(jnchng)通信進程通信(tng xn)是指進程間的信息交換。根據(jù)進程

4、間交換信息量的多少，分為高級進程(jnchng)通信和低級進程通信。進程的同步與互斥是指進程在推進時的相互制約關(guān)系，屬于低級進程通信。一般來說同步反映了進程之間的協(xié)作關(guān)系，往往指有幾個進程共同完成一個任務(wù)時在時間次序上的某種限制，進程相互之間各自的存在及作用，通過交換信息完成通信。如接力比賽中一組隊員使用接力棒等。進程互斥體現(xiàn)了進程之間對資源的競爭關(guān)系，這時進程相互之間不一定清楚其它進程的情況，往往指多個任務(wù)多個進程間的通訊制約，因而使用更廣泛。如打籃球時雙方掙搶籃板球等。我們用信號量（Semaphore）及P，V操作來實現(xiàn)進程的同步和互斥。生產(chǎn)者-消費者問題是經(jīng)典的進程同步和互斥問題。（4）

5、死鎖死鎖是指多個進程循環(huán)等待他方占有的資源而無限期地僵持下去的局面。計算機系統(tǒng)產(chǎn)生死鎖的根本原因就是資源有限且操作不當。一種原因是競爭資源引起的死鎖，另一種原因是由于進程推進順序不合適引發(fā)的死鎖。產(chǎn)生死鎖的四個必要條件是：互斥條件，不可搶占條件，占有且申請條件，循環(huán)等待條件。如果在計算機系統(tǒng)中同時具備這四個必要條件時，那么會發(fā)生死鎖。一般地，解決死鎖的方法分為死鎖的預(yù)防、避免、檢測與恢復(fù)三種。2.2 典型例題解析【例1】判斷題：并發(fā)是并行的不同表述，其原理相同。（ ）答案 。分析 并發(fā)是指多道程序的執(zhí)行在時間上是重疊的，一個程序的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個程序的執(zhí)行已經(jīng)開始。但對單CPU系統(tǒng)而言，每

6、一時刻只有一個程序在CPU上運行（有可能此時其他的程序在進行輸入、輸出）。也就是說，占有CPU的只能有一個程序。因此，并發(fā)實際上是“在宏觀上并行執(zhí)行，在微觀上串行執(zhí)行”。而并行是真正意義上的并行執(zhí)行，因此兩者的含義是不同的?！纠?】在操作系統(tǒng)中引入“進程”概念的主要目的是（ ）。A改善用戶編程環(huán)境 B提高程序的運行速度C描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì) D使程序與計算過程一一對應(yīng)答案 C分析 操作系統(tǒng)中多道程序的引入，使得它們在并發(fā)執(zhí)行時共享系統(tǒng)資源，共同決定這些資源的狀態(tài)，因此系統(tǒng)中各道程序在執(zhí)行過程中就出現(xiàn)了相互制約的新關(guān)系，程序的執(zhí)行出現(xiàn)“走走停?！钡男聽顟B(tài)。這些都是在程序的動態(tài)過程中發(fā)生的。

7、而程序本身是機器能夠翻譯或執(zhí)行的一組動作或指令，它或者寫在紙面上，或者存放在磁盤等介質(zhì)上，是靜止的。很顯然，直接從程序的字面上無法看出它什么時候運行、什么時候停頓，也看不出它是否影響其它程序或者一定受其它程序的影響。因此，用程序這個靜態(tài)概念已不能如實(rsh)反映程序并發(fā)執(zhí)行過程中的這些特征。為此，人們引入進程的概念來描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì)，這是引入“進程”概念的主要(zhyo)目的?！纠?】下列進程(jnchng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，不正確的是（ ）。A就緒阻塞 B運行就緒 C就緒運行 D阻塞就緒答案 A分析 回答這道題要知道進程的3種基本狀態(tài)，以及它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過下圖可以看到，凡是圖

8、中有箭頭指向的轉(zhuǎn)換都是可行的，而沒有箭頭指向的則不可能。因此A是不正確的。運行態(tài)分配到CPU時間片到等待某事件發(fā)生所等待的事件發(fā)生阻塞態(tài)就緒態(tài)圖 進程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換如果有的同學(xué)記不住這張圖，那就從理解的角度進行思考。首先要理解3種狀態(tài)的含義，然后再理解它們之間的轉(zhuǎn)換。例如：運行的進程能變成就緒嗎？可以，如果運行進程的時間片到了，就必修讓出CPU，轉(zhuǎn)換為就緒態(tài)。就緒的進程能變成阻塞嗎？不可以，就緒態(tài)的進程已經(jīng)具備了運行條件，只在等待CPU，怎么可能還退回到還不具備運行條件的阻塞態(tài)呢？因此，如果理解了，這張圖就可以自己畫出來，并不需要死記硬背?！纠?】進程控制塊是描述進程狀態(tài)和特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個進

9、程（ ）。A可以有多個進程控制塊 B可以和其他進程共用一個進程控制塊C可以沒有進程控制塊 D只能有唯一的進程控制塊答案 D分析 進程控制塊（PCB）是一個用于描述進程動態(tài)性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進程實施控制和管理。進程的動態(tài)、并發(fā)等特征也是通過PCB表現(xiàn)出來的。進程由程序、數(shù)據(jù)、棧和PCB構(gòu)成。構(gòu)成進程的有關(guān)程序和數(shù)據(jù)集合是進程得以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，它們是進程的實體；PCB用于標識和刻畫實體的存在和變化，是進程存在的唯一標志。當系統(tǒng)創(chuàng)建一個新進程時，就為它建立一個PCB；當進程終止后，系統(tǒng)回收為其分配的PCB，該進程在系統(tǒng)中就不存在了?！纠?】在執(zhí)行V操作時，當信號量的值（ ），應(yīng)釋

10、放(shfng)一個等待該信號量的進程。 A小于0 B大于0 C小于等于(dngy)0 D大于等于(dngy)0答案 C分析 P，V操作能夠?qū)崿F(xiàn)對臨界區(qū)的管理要求。它由P操作原語和V操作原語組成（原語是不可中斷的過程），對信號量進行操作，具體定義如下： P（S）：將信號量S的值減1，即S=S1； 如果S0，則該進程繼續(xù)執(zhí)行；否則該進程置為阻塞狀態(tài)，排入阻塞隊列。 V（S）：將信號量S的值加1，即S=S+1； 如果S0，則該進程繼續(xù)執(zhí)行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。 信號量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進程。信號量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。當它的值大于0

11、時，表示當前可用資源的數(shù)量；當它的值小于0時，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數(shù)。注意，信號量的值僅能由P，V操作來改變。一般來說，信號量S0時，S表示可用資源的數(shù)量。執(zhí)行一次P操作意味著請求分配一個單位資源，因此S的值減1；當S0 BS=0 CS0 DS0信號量S的初值為8，在S上執(zhí)行(zhxng)了10次P操作，6次V操作后，S的值為（ ）。 A10 B8 C6 D4若P、V操作(cozu)的信號量S初值為2，當前值為 1，則表示(biosh)有（ ）個等待進程。 A0 Bl C2 D3 在進程通信中，使用信箱方式交換信息的是（ ）。A低級進程通信 B高級進程通信 C共享內(nèi)存方式 D管道

12、文件方式系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖的原因是（ ）。A計算機系統(tǒng)發(fā)生了重大故障B有多個封鎖的進程同時存在C若干進程因競爭資源而無休止地循環(huán)等待著，而且都不釋放已占有的資源 D資源數(shù)大大少于進程數(shù)，或進程同時申請的資源數(shù)大大超過資源總數(shù)兩個進程爭奪同一個資源（ ）。A一定死鎖 B不一定死鎖 C不會死鎖 D以上說法都不對二、判斷題（正確的劃，錯誤的劃。）簡單地說，進程是程序的執(zhí)行過程。因而，進程和程序是一一對應(yīng)的。（ ）進程和程序是兩個截然不同的概念。（ ） 程序在運行時需要很多系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、文件、設(shè)備等，因此操作系統(tǒng)以程序為單位分配系統(tǒng)資源。（ ） 進程控制塊（PCB）是專為用戶進程設(shè)置的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個

13、進程僅有一個PCB。（ ） 進程執(zhí)行的相對速度不能由進程自己來控制。（ ）進程之間的互斥，主要源于進程之間的資源競爭，從而實現(xiàn)多個相關(guān)進程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)。（ ）信號量機制是一種有效的實現(xiàn)進程同步與互斥的工具。信號量只能由P、V操作來改變。（ ）V操作是對信號量執(zhí)行加1操作，意味著釋放一個單位資源，如果加1后信號量的值小于等于零，則從等待隊列中喚醒一個進程，現(xiàn)進程變?yōu)樽枞麪顟B(tài)，否則現(xiàn)進程繼續(xù)進行。（ ）利用信號量的P，V操作，進程之間可以交換大量信息。（ ）系統(tǒng)產(chǎn)生死鎖的根本原因是資源有限且操作不當。因此，當系統(tǒng)提供的資源少于并發(fā)進程的需求時，系統(tǒng)就產(chǎn)生死鎖。（ ）三、簡答題四、應(yīng)用題請同學(xué)們解答參考教材68頁的課后習題。請大家自己完成參考答案：一、CCCAA BACDB ACACD DBCBC BBCDB BCB二、2，5，7是正確的。1. （）。進程和程序不是一一對應(yīng)的。3. （）。操作系統(tǒng)以進程為單位分配系統(tǒng)資源。4. （）。進程控制塊（PCB）是為系統(tǒng)中各個進程設(shè)置的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。6. （）。這里把進程的同步和互斥混在一起說了。8. （）。不管信號量的值如何，現(xiàn)進程都繼續(xù)執(zhí)行。9. （）。P，V操作只能交換少量的信息，屬于低級進程通信。10. （）。僅有系統(tǒng)提供的資源少于并發(fā)進程的需求這一個條件時，系統(tǒng)不一定產(chǎn)生死鎖。三和四、見