进程管理
操作系统实验报告进程管理
操作系统实验报告进程管理操作系统实验报告：进程管理引言操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机之间的接口。
进程管理是操作系统的重要功能之一，它负责对计算机中运行的各个进程进行管理和调度，以保证系统的高效运行。
本实验报告将介绍进程管理的基本概念、原理和实验结果。
一、进程管理的基本概念1. 进程与线程进程是计算机中正在运行的程序的实例，它拥有独立的内存空间和执行环境。
线程是进程中的一个执行单元，多个线程可以共享同一个进程的资源。
进程和线程是操作系统中最基本的执行单位。
2. 进程状态进程在运行过程中会经历不同的状态，常见的进程状态包括就绪、运行和阻塞。
就绪状态表示进程已经准备好执行，但还没有得到处理器的分配；运行状态表示进程正在执行；阻塞状态表示进程由于某些原因无法继续执行，需要等待某些事件的发生。
3. 进程调度进程调度是操作系统中的一个重要任务，它决定了哪个进程应该获得处理器的使用权。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）和时间片轮转等。
二、进程管理的原理1. 进程控制块（PCB）PCB是操作系统中用于管理进程的数据结构，它包含了进程的各种属性和状态信息，如进程标识符、程序计数器、寄存器值等。
通过PCB，操作系统可以对进程进行管理和控制。
2. 进程创建与撤销进程的创建是指操作系统根据用户的请求创建一个新的进程。
进程的撤销是指操作系统根据某种条件或用户的请求终止一个正在运行的进程。
进程的创建和撤销是操作系统中的基本操作之一。
3. 进程同步与通信多个进程之间可能需要进行同步和通信，以实现数据共享和协作。
常见的进程同步与通信机制包括互斥锁、信号量和管道等。
三、实验结果与分析在本次实验中，我们使用了一个简单的进程管理模拟程序，模拟了进程的创建、撤销和调度过程。
通过该程序，我们可以观察到不同调度算法对系统性能的影响。
实验结果显示，先来先服务（FCFS）调度算法在一些情况下可能导致长作业等待时间过长，影响系统的响应速度。
《进程管理》课件
和协作。
进程迁移
02
为了提高系统可靠性和可用性，分布式系统支持进程迁移，确
保关键任务能够持续运行。
负载均衡
03
分布式系统通过负载均衡技术，将任务分配到不同节点上执行
，提高系统整体性能。
THANKS
感谢观看
当系统中存在多个等待资源的进程，且每 个进程都持有至少一个资源并等待获取被 其他进程持有的资源时，就会产生死锁。
通过设置资源分配顺序或限制资源请求量 来避免饥饿。
• 死锁预防
• 死锁避免
通过破坏死锁产生的必要条件来预防死锁 ，例如预先分配资源、设置最大需求量等 。
在分配资源时进行检测和限制，避免产生 死锁，例如银行家算法。
进程的状态及其转换
总结词
阐述进程的三种基本状态及转换关系
详细描述
进程状态分为新建、运行、阻塞和就绪等状态。新建状态是进程被创建时的状态，运行状态是进程获 得CPU并执行的状态，阻塞状态是进程等待某个条件成立而暂时无法执行的状态，就绪状态是进程已 具备运行条件但未获得CPU时的状态。不同状态之间可以相互转换。
进程管理在操作系统中的应用
01
02
03
进程调度
操作系统通过进程调度算 法，合理分配系统资源， 确保进程能够高效地运行 。
进程同步
操作系统提供进程同步机 制，实现多个进程之间的 协同工作，避免资源竞争 和死锁。
进程通信
进程之间通过消息传递、 共享内存等方式进行通信 ，实现数据交换和协同工 作。
多核处理器下的进程管理技术
进程与程序的区别和联系
总结词
比较进是程序的一次执行过程，具有动态特性和独立性。 程序是静态的，而进程是动态的。程序是永存的，进程是暂时的。程序是过程的代码， 而进程是执行这些代码的过程。一个程序可以对应多个进程，但一个进程不能对应多个
进程管理方法
进程管理方法进程管理是操作系统中的重要组成部分，它负责对系统中正在运行的进程进行调度和管理。
进程管理方法旨在优化进程的执行顺序，提高系统的运行效率和资源利用率。
本文将介绍几种常见的进程管理方法，并分析它们的优缺点。
1. 先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的进程调度算法之一。
它按照进程到达的顺序进行调度，先到达的进程先执行。
这种方法遵循公平原则，但可能导致长作业效应，即长时间执行的进程会阻塞后续进程的执行。
此外，FCFS对于短作业来说，会产生很长的等待时间，降低了系统的响应速度。
2. 最短作业优先（SJF）最短作业优先是按照进程执行时间长度来进行调度的方法。
它会先选择执行时间最短的进程来执行，以减少平均等待时间。
这种方法能够提高系统的响应速度，但可能导致长作业等待时间过长，不利于长作业的执行。
3. 优先级调度优先级调度是根据进程的优先级来决定执行顺序的方法。
每个进程都有一个与之对应的优先级，优先级越高的进程越早执行。
这种方法可以根据系统的需求来调整进程的优先级，以满足不同进程的执行要求。
但是，如果优先级设置不当，可能会导致低优先级进程长时间等待，进而影响系统的响应速度。
4. 时间片轮转调度时间片轮转调度是一种公平的进程调度算法。
每个进程被分配一个固定长度的时间片，当时间片用完后，进程会被暂停，等待下次调度。
这种方法可以使多个进程轮流执行，保证每个进程都有机会执行。
但是，如果时间片设置过短，会带来较大的上下文切换开销；如果时间片设置过长，会导致长时间执行的进程占用过多的CPU时间。
5. 多级反馈队列调度多级反馈队列调度是一种综合了优先级调度和时间片轮转调度的方法。
它将进程根据优先级划分为多个队列，并为每个队列分配不同的时间片。
优先级高的队列拥有较短的时间片，而优先级低的队列拥有较长的时间片。
这种方法既考虑了进程的优先级，又保证了多个进程之间的公平性。
但是，设置多个队列和时间片需要占用更多的系统资源。
操作系统-进程管理
操作系统-进程管理操作系统-进程管理1.简介进程管理是操作系统中的核心功能之一，负责管理计算机系统中的各个进程。
进程是指正在执行的程序实例，它包含了程序的代码、数据和执行状态等信息。
进程管理涉及创建、调度、同步、通信、终止等一系列操作，旨在协调和控制多个进程的执行。
2.进程的创建与终止2.1 进程创建进程的创建是指由操作系统创建新的进程。
主要步骤包括：①分配空间：为新进程分配内存空间。
②初始化：将新进程的状态设置为就绪态，并初始化进程控制块（PCB）。
③指定执行代码：将新进程指向要执行的代码。
④设置执行环境：为新进程设置执行所需的环境变量和资源参数。
2.2 进程终止进程终止是指进程执行完毕或被强制终止。
主要步骤包括：①保存状态：将进程的状态保存到进程控制块中。
②释放资源：释放进程所占用的系统资源。
③给予父进程处理机：将CPU控制权交还给父进程。
3.进程调度进程调度是指选择就绪态进程中的一个进程分配CPU资源。
调度算法的选择和实现会直接影响操作系统的性能和效率。
常见的调度算法有：3.1 先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度。
3.2 短作业优先（SJF）：根据进程的执行时间进行调度，执行时间短的进程优先。
3.3 时间片轮转（RR）：每个进程被分配一个时间片，在时间片用完后，切换到下一个进程。
3.4 优先级调度：根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。
4.进程同步与通信4.1 进程同步为了保证多个进程之间的操作按照一定的顺序进行，需要进行进程同步。
常见的同步机制有：①互斥锁：只允许一个进程访问共享资源。
②信号量：用于进程之间的互斥与同步。
③条件变量：用于线程之间的等待与通知。
4.2 进程通信进程通信是指进程之间相互传递信息的过程。
常见的通信机制有：①管道：一种半双工的通信方式，可以在具有亲缘关系的进程之间进行通信。
②消息队列：进程可以通过读写消息队列来进行通信。
③共享内存：多个进程可以访问同一块共享内存区域，将其用作通信媒介。
操作系统-进程管理
02
最短作业优先（SJF）：优先调度预计运行时 间最短的进程。
03
最短剩余时间优先（SRTF）：优先调度剩余 时间最短的进程。
04
优先级调度：根据进程的优先级进行调度。
死锁的产生与预防
死锁的产生
死锁是指两个或多个进程在无限期地等待对方释放资源的现象。产生死锁的原因包括资源分配不当、 请求和保持、环路等待等。
操作系统-进程管理
• 进程管理概述 • 进程的同步与通信 • 进程调度与死锁 • 进程的并发控制 • 进程管理的发ห้องสมุดไป่ตู้趋势与挑战
01
进程管理概述
进程的定义与特点
01
进程是程序的一次执行，具有动态性、并发性、独立性和制 约性。
02
进程拥有独立的内存空间，执行过程中不受其他进程干扰。
03
进程是系统资源分配和调度的基本单位，能够充分利用系统 资源进行高效计算。
进程同步的机制
进程同步的机制主要包括信号量机制、消息传递机制和共享内存机制等。这些 机制通过不同的方式协调进程的执行顺序，以实现进程间的有效协作。
信号量机制
信号量的概念
信号量是一个整数值，用于表示系统资源或临界资源的数量 。信号量可以用来控制对共享资源的访问，以避免多个进程 同时访问导致的数据不一致问题。
消息传递的机制
消息传递的机制包括发送和接收操作。发送操作将消息发送给目标进程，接收操 作从消息队列中获取消息并进行处理。通过这种方式，多个进程可以通过发送和 接收消息来协调执行顺序和交换数据。
共享内存机制
共享内存的概念
共享内存是一种实现进程间通信的有效方式，通过共享一段内存空间来实现不同进程之间的数据交换和共享。
预防死锁的方法
进程管理
进程管理进程管理是操作系统中的重要概念之一，它负责管理和调度计算机中的各个进程，以确保它们能够有效地运行。
本文将介绍进程管理的原理、功能和常见的调度算法，并讨论它对计算机性能和资源利用的影响。
首先，进程是指计算机系统中正在运行的程序实例。
每个进程都具有自己的内存空间、代码、数据和状态，相互独立地运行。
进程管理的主要目的是确保多个进程能够共享计算机的资源，并按照一定的优先级和规则进行调度，以满足用户的需求。
进程管理有多个重要功能，其中包括进程创建和终止、进程状态管理、进程通信和进程调度。
进程创建和终止是指操作系统依据用户的需求创建和结束进程。
进程状态管理是指操作系统对进程的不同状态进行管理，包括就绪、运行和阻塞状态。
进程通信是指进程之间通过共享内存、消息传递等方式进行信息交换。
进程调度则是指操作系统根据一定的调度算法，决定下一个要执行的进程。
在进程管理中，调度算法起着至关重要的作用。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、轮转调度（RR）和优先级调度等。
先来先服务算法是按照进程到达的时间顺序进行调度，最短作业优先算法则是优先执行执行时间最短的进程。
轮转调度算法将每个进程依次轮流执行一段时间，优先级调度算法则根据进程的优先级来决定执行顺序。
不同的调度算法对计算机性能和资源利用有着不同的影响。
先来先服务算法简单直观，但可能导致短作业被阻塞，影响系统的响应速度。
最短作业优先算法能够提高系统的响应速度，但可能导致长作业等待时间过长。
轮转调度算法能够平均分配执行时间，但可能造成上下文切换过多，降低系统效率。
优先级调度算法能够根据任务的优先级进行调度，但可能导致低优先级的任务长时间等待。
除了调度算法外，进程管理还需要考虑并发和同步的问题。
并发是指多个进程同时执行，而同步是指进程之间按照一定的协调机制进行工作。
为了保证数据的一致性和完整性，进程管理需要采用同步机制，如互斥锁、信号量等来管理共享资源。
操作系统的基本功能
操作系统的基本功能操作系统是计算机系统中一种非常重要的软件，它负责管理和控制计算机的各种资源，使得计算机能够高效地运行。
操作系统的基本功能主要包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理。
一、进程管理进程是指正在运行的程序的实例。
操作系统通过进程管理来控制并发执行的程序，确保它们可以有序地共享计算机的资源。
进程管理的功能包括进程创建、终止、调度、同步和通信。
1. 进程创建操作系统负责创建新的进程。
当用户启动一个应用程序时，操作系统通过分配内存和其他资源，为该程序创建一个进程，并为其分配唯一的标识符。
2. 进程终止当一个进程执行完毕或者发生错误时，操作系统会终止该进程，并释放其占用的资源。
进程终止还可以由用户主动发起，例如通过关闭应用程序窗口来结束进程。
3. 进程调度操作系统通过进程调度算法来决定进程的执行顺序。
进程调度需要考虑各个进程的优先级、等待时间、执行时间等因素，以实现公平和高效的资源分配。
4. 进程同步和通信多个进程可能需要共享资源或者相互合作完成任务。
操作系统通过进程同步机制，如信号量和互斥锁，来保证进程之间的顺序执行或互斥访问。
同时，操作系统还提供进程间通信的机制，如管道和消息队列，使得进程可以相互传递数据和消息。
二、内存管理内存管理是操作系统的另一个重要功能，它负责管理计算机的内存资源，为进程提供必要的内存空间，并保证不同进程之间的内存互不干扰。
1. 内存分配操作系统负责将计算机的内存空间划分为多个分区，并按需为进程分配适当大小的内存。
常见的内存分配算法包括首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
2. 内存回收当进程终止或者不再使用某一块内存时，操作系统需要将其回收，以便分配给其他进程使用。
内存回收可以通过垃圾回收算法或者手动释放内存来实现。
3. 内存保护为了保证进程之间的互不干扰，操作系统需要实现内存保护机制。
操作系统通过权限设置和地址隔离，确保每个进程只能访问自己被分配的内存空间，从而提高系统的安全性和稳定性。
进程的管理实验报告
一、实验目的1. 理解进程的基本概念和进程状态转换过程。
2. 掌握进程创建、进程同步和进程通信的方法。
3. 了解进程调度算法的基本原理和实现方法。
4. 通过实验加深对进程管理的理解，提高操作系统实践能力。
二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C/C++3. 开发工具：GCC三、实验内容1. 进程创建与状态转换（1）使用fork()函数创建一个子进程，并观察父进程和子进程的进程ID。
（2）使用exec()函数替换子进程的映像，实现进程的创建。
（3）观察进程状态转换过程，如创建、运行、阻塞、就绪、终止等。
2. 进程同步（1）使用互斥锁（mutex）实现进程的互斥访问共享资源。
（2）使用信号量（semaphore）实现进程的同步，如生产者-消费者问题。
（3）观察进程同步的效果，确保进程安全执行。
3. 进程通信（1）使用管道（pipe）实现进程间的单向通信。
（2）使用消息队列（message queue）实现进程间的双向通信。
（3）使用共享内存（shared memory）实现进程间的快速通信。
（4）观察进程通信的效果，确保数据正确传递。
（1）实现基于优先级的进程调度算法，如先来先服务（FCFS）和最高优先级优先（HPF）。
（2）实现基于时间片的轮转调度算法（RR）。
（3）观察进程调度算法的效果，分析不同算法的优缺点。
四、实验步骤1. 编写程序实现进程创建与状态转换，使用fork()和exec()函数。
2. 编写程序实现进程同步，使用互斥锁和信号量。
3. 编写程序实现进程通信，使用管道、消息队列和共享内存。
4. 编写程序实现进程调度，使用优先级调度和时间片轮转调度。
5. 编译并运行程序，观察实验结果，分析实验现象。
五、实验结果与分析1. 进程创建与状态转换通过实验，我们成功创建了父进程和子进程，并观察到进程ID的变化。
在进程创建过程中，父进程的进程ID与子进程的进程ID不同，说明子进程是独立于父进程的实体。
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4、进程通信
低级通信 高级通信
8
5、死锁问题 (1)死锁的定义
P1 拥 有 S1 S1 S2 P2 拥 有 S2
图1.4 死锁的概念
9
(2)死锁的起因
---并发进程的资源竞争
(3)死锁的根本原因
---系统提供的资源个数少于并发进程所要求的该类资源数
(4)产生死锁的必要条件 互斥条件 不剥夺条件 部分条件 环路条件
操作系统原理
进程管理
2011.6.12
1
本节知识点一：
图1.1 本节知识网络点
2
一、重点指导 1、进程的基本概念
(1)程序顺序执行的特点： 顺序性 封闭性 可再现性 确定性
(2)程序并发性的特点：
间断性
失去封闭性 失去可再现性 资源共享
3
(3)进程与程序的区别 --进程是具有独立功能的可并发执行的程序在一个数据
调度 派生
就绪
执行
阻塞
结束
结束
激活
阻塞
图1.8 线程状态间的转换
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练习：
1、今有三个并发进程R,M和P，它们共享一个缓 冲区。R负责从输入设备读信息，每次读出一 个记录，并把它存放到缓冲区中。M对缓冲区 中的记录加工。P把加工后的记录打印输出。 读入的记录经加工并取走后，缓冲区又可存放 下一个记录。请用PV操作作为同步机制写出 它们并发执行时能正确工作的程序。
---资源共享关系(互斥) ---相互合作关系(同步)
(2)临界资源和临界区
---在计算机中有许多资源一次只能允许一个进程使用 ---在每个进程中，访问临界资源的那段代码称为临界区。
(3)信号量机制
---管理相应临界区的公有资源，它代表可用资源实体。
6
--原语(具有特定功能不可被中断的过程) --P、V原语定义
集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独 立单位。
(4)进程的并发执行 --一组在逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中，
其执行时间在客观上相互重叠，即一个程序段得执行 尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的执行方式。
4
(5)进程的状态转换：
图1.2 典型的进程状态演变图
5
2、进程同步 (1)进程的两种关系
外存 就绪 提交 状态 收容 状态 等待 交换调度 完成 状态 线程调度 内存 执行 作业调度
输入管理系统
就绪
等待
进程调度
图1.6 作业调度
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(1)作业调度 (2)交换调度 (3)进程调度
--它决定就绪队列中哪个进程获得处理机 --进程调度可采用剥夺方式和非剥夺方式两种
(4)线程调度 3、调度方法
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2、一座小桥(最多只能承载两个人)横跨南北两 岸，任意时刻同一方向只允许一人过桥，南侧 桥段和北侧桥段较窄只能通过一人，桥中央一 处宽敞，允许两个人通过或歇息。试用信号灯 和PV操作写出南北两侧过桥的同步算法。
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2、有四个进程P1，P2，P3，P4。它们进入就绪队列的 先后次序P1，P2，P3，P4。它，们得优先级和需要的 处理器的时间如下所示，假定这个进程执行过程中不 会发生等待事件，忽略进程调度等所花费的时间，从 某个时刻开始进程调度，请回答如下问题： (1)采用FCFS调度算法选中进程执行的次序，计算出各 进程在就绪队列中的等待时间以及平均等待时间 (2)非抢占式优先数调度算法选中进程的执行次序，计算 出各进程在就绪队列中的等待时间以及平均等待时间 (3)时间片轮转法(时间片大小为5)调度算法，要求如上
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(5)死锁的排除方法 死锁预防 死锁避免 死锁检测和恢复
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本节知识点二：
处 理 机 管 理
图1.5 处理机管理
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二、处理机调度 1、多道程序系统 --多道程序设计的引入(提高处理机的效率 和增加作业的吞吐率) --多道是指计算机内存中同时存放几道相 互独立的程序
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2、作业分级调度
入口 sem=sem-1 是 sem>=0？ 否 返回 调用进程入等待队列 返回 否 入口 sem=sem+1 sem<=0？ 是
唤醒等待队列的一个进程
转进程调度
P原语操作功能 图1.3 P、V原语
返回或转进程调度
V原语操作功能
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ห้องสมุดไป่ตู้
3、进程同步中的几个经典问题
生产者和消费者 读者和写者 哲学家圆桌会议
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先来先服务FCFS 轮转法
--分时系统中常采用的方法
多级反馈轮转法 优先级法 最短作业(进程)优先法 最高响应比优先法 ---R=1+W/T
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4、线程 (1)基本概念
---是进程的一个实体 ---是系统独立调度和分派的基本单位 ---线程也有各种状态，而且存在各种状态间的 装换