《操作系統(tǒng)》第2章進(jìn)程管理

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1、操作系統(tǒng)原理PrinciplesofOperatingSystem1第2章進(jìn)程管理2.1進(jìn)程與任務(wù)處理機(jī)管理主要研究進(jìn)程控制、進(jìn)程和線程管理、提供進(jìn)程同步機(jī)制和進(jìn)程通信機(jī)制，進(jìn)程調(diào)度和死鎖等。我們可以把進(jìn)程理解為操作系統(tǒng)的工作單元，進(jìn)程是正在執(zhí)行的程序，進(jìn)程的執(zhí)行需要一定的資源。操作系統(tǒng)主要研究進(jìn)程與資源的關(guān)系。22.1.1前趨圖為了描述一個程序的各部分(程序段或語句)間的依賴關(guān)系如圖所示的前趨圖中，P1為初始點，P7為終止點。前趨圖存在下面的前趨關(guān)系：P1→P2，P1→P3，P1→P4，P2→P5，P3→P5，P3→P6，P4→P6，P5→P7，P6→P7。3前趨圖中有兩種元素：①節(jié)點。

2、用圓圈○表示，其內(nèi)涵可以是一條語句、一個程序段或進(jìn)程。②有向邊。用箭頭→表示，表示兩個節(jié)點之間存在的偏序(Partial_Order)或前趨關(guān)系(Precedence_Relation)。Pi→Pj表示在Pj開始前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)。42.1.2程序的順序執(zhí)行程序是指一個按嚴(yán)格次序執(zhí)行的操作序列，執(zhí)行的次序有順序、分支和循環(huán)；操作是數(shù)據(jù)處理的一種規(guī)則，一經(jīng)啟動就需要在有限時間內(nèi)完成。一個程序中包括三部分。I:輸入操作，C:計算操作，P:打印操作。這樣多個程序的順序執(zhí)行次序如圖所示。5⒊順序程序的特征如下:①順序性：程序的執(zhí)行是按照

3、程序結(jié)構(gòu)所指定的次序進(jìn)行的。②封閉性：程序在封閉的環(huán)境下執(zhí)行，即程序執(zhí)行時獨占全部系統(tǒng)資源。程序一旦開始執(zhí)行，其計算結(jié)果不受外界因素影響，計算機(jī)的狀態(tài)完全由該程序的控制邏輯所決定。③可再現(xiàn)性：只要程序執(zhí)行時的環(huán)境和初始條件相同，當(dāng)程序重復(fù)執(zhí)行時，不論它是從頭到尾不停頓地執(zhí)行，還是“停停走走”地執(zhí)行，都將獲得相同的結(jié)果。程序的結(jié)果與它的執(zhí)行速度無關(guān)，只要給定相同的輸入，一定會得到相同的結(jié)果。62.1.3程序的并發(fā)執(zhí)行為提高系統(tǒng)資源的利用率和增強(qiáng)系統(tǒng)處理能力，在現(xiàn)代計算機(jī)中廣泛采用并行操作技術(shù)和并發(fā)程序設(shè)計技巧。程序的并發(fā)執(zhí)行是指兩個或兩個以上程序段在執(zhí)行時間上的重疊。每個程序的輸入操作、計算

4、操作和打印操作必須順序執(zhí)行。對一批程序進(jìn)行同時處理時，不同程序的各項操作可以并發(fā)執(zhí)行。7如圖2-3所示，存在以下的前趨關(guān)系：Ii→Ci，Ci→Pi，Ii→Ii+1，Ci→Ci+1，Pi→Pi+1。故Pi-1和Ci以及Ii+1之間可以并發(fā)執(zhí)行。8⒉程序的并發(fā)執(zhí)行的特征：①間斷性：程序并發(fā)執(zhí)行時，處理機(jī)交替執(zhí)行多個程序，每個程序都是以“停停走走”的方式執(zhí)行，可能走到中途停下來，而且程序無法預(yù)知每次執(zhí)行和暫停的時間長度，失去原有的時序關(guān)系。②失去封閉性：由于程序的并發(fā)執(zhí)行，打破了由一程序獨占系統(tǒng)資源的封閉性。多個程序共享一個計算機(jī)系統(tǒng)的多種資源，每個程序的執(zhí)行都會受其他程序的影響。③失去可再現(xiàn)性

5、。程序并發(fā)執(zhí)行時，由于失去了封閉性。由于程序每次執(zhí)行的環(huán)境不同，程序執(zhí)行的速度具有不可再現(xiàn)性。如果不采取制約措施，在不同執(zhí)行環(huán)境下的程序的執(zhí)行結(jié)果也將失去可再現(xiàn)特征。9程序執(zhí)行是為了對輸入信息進(jìn)行處理，并得到相應(yīng)的處理結(jié)果。為此，程序在并發(fā)執(zhí)行時，必須保證程序執(zhí)行結(jié)果可再現(xiàn)性。由于程序并發(fā)執(zhí)行產(chǎn)生了一系列新特征，為了準(zhǔn)確地描述并發(fā)程序的執(zhí)行，必須引入進(jìn)程的概念。102.1.4進(jìn)程進(jìn)程是指程序在并發(fā)環(huán)境下的一次運行過程?？刹l(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程傳統(tǒng)進(jìn)程的兩個屬性：進(jìn)程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和處理機(jī)調(diào)度的基本單位?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)引進(jìn)線程之后，進(jìn)程的兩個屬性發(fā)生分離，進(jìn)程僅是操作

6、系統(tǒng)進(jìn)行資源分配基本單位，而線程是操作系統(tǒng)處理機(jī)調(diào)度的基本單位。11引入進(jìn)程對操作系統(tǒng)的影響進(jìn)程是計算機(jī)系統(tǒng)資源的使用主體，進(jìn)程與處理機(jī)、存儲器和外設(shè)等資源的分配和回收相對應(yīng)。操作系統(tǒng)引入進(jìn)程，可以實現(xiàn)多個進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行，提高了系統(tǒng)資源的利用率，提高了系統(tǒng)的吞吐量。但由于每個進(jìn)程配備PCB，增加了內(nèi)存的空間開銷。進(jìn)程之間的切換、同步等需付出時間開銷，引入進(jìn)程會帶來額外的時空開銷，增加了操作系統(tǒng)的復(fù)雜性。12⒉進(jìn)程的特征①動態(tài)性②并發(fā)性③獨立性④異步性⑤結(jié)構(gòu)特征。13進(jìn)程的程序段描述了進(jìn)程所要完成的功能。如果一個程序能夠被多個進(jìn)程同時共享執(zhí)行，那么，這個程序段就是純代碼(purecode)，

7、即可重入代碼(reentrycode)形式編寫的，它是指進(jìn)程執(zhí)行時不可修改的部分。數(shù)據(jù)段是指進(jìn)程執(zhí)行時用到的數(shù)據(jù)。用戶程序在此數(shù)據(jù)集合上進(jìn)行操作，得到相應(yīng)的結(jié)果。進(jìn)程控制塊包含進(jìn)程的描述信息和控制信息，不同的操作系統(tǒng)其進(jìn)程控制塊的內(nèi)容及信息量也不相同。14⒊進(jìn)程和程序的比較①程序是有序代碼的集合，是一個靜態(tài)的概念。進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是一個動態(tài)概念。進(jìn)程不可以在計算機(jī)之間遷移，而程序通常對應(yīng)著文件，可以復(fù)制。②進(jìn)程