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精品文档-计算机操作系统(第三版)汤小丹-第2章
第二章 进 程 管 理
第二章 进 程 管 理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信 2.6 线程
第二章 进 程 管 理
2.1 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征
1. 程序的顺序执行
通常可以把一个应用程序分成若干个程序段，在各程序段 之间，必须按照某种先后次序顺序执行，仅当前一操作(程序段) 执行完后，才能执行后继操作。例如，在进行计算时，总须先 输入用户的程序和数据，然后进行计算，最后才能打印计算结 果。这里，我们用结点(Node)代表各程序段的操作(在图2-1中 用圆圈表示)，其中，I代表输入操作，C代表计算操作，P为打 印操作；另外，用箭头指示操作的先后次序。这样，上述的三 个程序段的执行顺序可示于图2-1(a)中。对一个程序段中的多 条语句来说，也有一个执行顺序问题，例如对于下述三条语句 的程序段:
(3) 可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同， 当程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是 “停停走走”地执行，都将获得相同的结果。
程序顺序执行时的特性，为程序员检测和校正程序的错误 带来了很大的方便。
第二章 进 程 管 理
2.1.2 前趋图
前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为 DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前 后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至 一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏 序(Partial Order，亦称偏序关系)或前趋关系(Precedence Relation)“→”。
第二章 进 程 管 理
(2) 父进程请求。有时父进程希望挂起自己的某个子进程， 以便考查和修改该子进程，或者协调各子进程间的活动。
第二章 进 程 管 理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信 2.6 线程
第二章 进 程 管 理
2.1 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征
1. 程序的顺序执行
通常可以把一个应用程序分成若干个程序段，在各程序段 之间，必须按照某种先后次序顺序执行，仅当前一操作(程序段) 执行完后，才能执行后继操作。例如，在进行计算时，总须先 输入用户的程序和数据，然后进行计算，最后才能打印计算结 果。这里，我们用结点(Node)代表各程序段的操作(在图2-1中 用圆圈表示)，其中，I代表输入操作，C代表计算操作，P为打 印操作；另外，用箭头指示操作的先后次序。这样，上述的三 个程序段的执行顺序可示于图2-1(a)中。对一个程序段中的多 条语句来说，也有一个执行顺序问题，例如对于下述三条语句 的程序段:
(3) 可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同， 当程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是 “停停走走”地执行，都将获得相同的结果。
程序顺序执行时的特性，为程序员检测和校正程序的错误 带来了很大的方便。
第二章 进 程 管 理
2.1.2 前趋图
前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为 DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前 后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至 一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏 序(Partial Order，亦称偏序关系)或前趋关系(Precedence Relation)“→”。
第二章 进 程 管 理
(2) 父进程请求。有时父进程希望挂起自己的某个子进程， 以便考查和修改该子进程，或者协调各子进程间的活动。
程序与进程 ppt课件
► 进程的终止
正常结束、超时限制、内存不足、I/O失败、非法指 令等
进程的基本状态
►运行态（Running）
进程占有CPU，并在CPU上运行。在单CPU系统中， 最多只有一个进程处于运行态。
►就绪态（Ready）
一个进程已经具备运行条件，但由于无CPU暂时 不能运行的状态（当调度给其CPU时，立即可以 运行）。处于就绪状态的进程可以有多个。队列 的排列次序一般按优先级大小来排列。
►阻塞态（Blocked）
指进程因等待某种事件的发生而暂时不能运行的 状态，即使CPU空闲，该进程也不可运行。处于 阻塞状态的进程可以有多个。
进程状态之间的转换
进程占有CPU
进程被调度 获得CPU
运行
时间片用完 或被抢占 已获得事件 或等待的资源
因等待某种事件 或者资源而无法运 行，即使CPU空闲， 该进程也不可运行 等待某 事件或 资源。
►操作系统控制结构 内存表用来跟踪主存和辅存。 I/0表用来管理I/0设备和通道。 文件表提供当前存在文件中的信息。 进程表用来管理进程。 ►进程控制结构 进程映像基本元素：用户数据：用户空间中可修 改部分，包括程序、数据、用户自定义栈等；用 户程序：要执行的程序；系统栈：每个进程都有 一个或多个后进先出的栈，用来存储参数、过程 和系统调用的调用地址；进程控制块（PCB）： 操作系统用来控制进程的信息。
►重点与难点：
进程及其描述，进程的状态与转换，进程控制，线程状 态及其转换。
►专业术语：
程序的并发执行、进程、线程
第一部分
操作系统
进程描述与控制
华软软件工程系 •第2章
主 要 章 节
进程的概念（1）
►多道程序设计的提出
正常结束、超时限制、内存不足、I/O失败、非法指 令等
进程的基本状态
►运行态（Running）
进程占有CPU，并在CPU上运行。在单CPU系统中， 最多只有一个进程处于运行态。
►就绪态（Ready）
一个进程已经具备运行条件，但由于无CPU暂时 不能运行的状态（当调度给其CPU时，立即可以 运行）。处于就绪状态的进程可以有多个。队列 的排列次序一般按优先级大小来排列。
►阻塞态（Blocked）
指进程因等待某种事件的发生而暂时不能运行的 状态，即使CPU空闲，该进程也不可运行。处于 阻塞状态的进程可以有多个。
进程状态之间的转换
进程占有CPU
进程被调度 获得CPU
运行
时间片用完 或被抢占 已获得事件 或等待的资源
因等待某种事件 或者资源而无法运 行，即使CPU空闲， 该进程也不可运行 等待某 事件或 资源。
►操作系统控制结构 内存表用来跟踪主存和辅存。 I/0表用来管理I/0设备和通道。 文件表提供当前存在文件中的信息。 进程表用来管理进程。 ►进程控制结构 进程映像基本元素：用户数据：用户空间中可修 改部分，包括程序、数据、用户自定义栈等；用 户程序：要执行的程序；系统栈：每个进程都有 一个或多个后进先出的栈，用来存储参数、过程 和系统调用的调用地址；进程控制块（PCB）： 操作系统用来控制进程的信息。
►重点与难点：
进程及其描述，进程的状态与转换，进程控制，线程状 态及其转换。
►专业术语：
程序的并发执行、进程、线程
第一部分
操作系统
进程描述与控制
华软软件工程系 •第2章
主 要 章 节
进程的概念（1）
►多道程序设计的提出
《操作系统进程》课件
总结词
介绍进程的三种基本状态
详细描述
进程在执行过程中会经历三种基本状态，分别是运行状态、阻塞状态和就绪状态。这些状态之间的转 换是由操作系统的进程调度程序控制的。
进程的创建与终止
总结词
描述进程的创建和终止过程
详细描述
进程的创建可以通过系统调用或用户 程序启动实现，而进程的终止可以通 过正常结束或异常结束实现。在进程 创建和终止过程中，操作系统需要进 行资源分配和回收。
《操作系统进程》ppt课件
目录
• 进程概述 • 进程的组成 • 进程调度 • 进程同步与通信 • 死锁与饥饿 • 进程的并发性
01
进程概述
进程的定义
总结词
描述进程的基本概念
详细描述
进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。它包括程序计数器、堆栈、动态内存和打开文 件等资源。
进程的状态
02
进程的组成
进程控制块PCB
进程状态
描述进程的当前状 态，如运行、就绪 、阻塞等。
资源清单
记录进程所需的资 源。
进程标识符
唯一标识一个进程 。
内存指针
指向进程的程序段 、数据段、缓冲区 等的内存地址。
进程优先级
用于调度进程的优 先级。
程序段
程序代码
存储进程执行的指令。
静态链接库
与程序相关的库函数。
通过共享内存，多个进程可以方便地交换数据、协调任务和同步执 行。生冲突和死锁 问题。同时，需要实现高效的内存同步和数据一致性维护机制。
05
死锁与饥饿
死锁的概念与产生条件
死锁的概念
在操作系统中，如果一组进程中的每个进程都在等待某个事件发生（通常是由于资源被 其他进程占用），而这个事件又只可能由该组中的另一个进程产生，那么这组进程就被
介绍进程的三种基本状态
详细描述
进程在执行过程中会经历三种基本状态，分别是运行状态、阻塞状态和就绪状态。这些状态之间的转 换是由操作系统的进程调度程序控制的。
进程的创建与终止
总结词
描述进程的创建和终止过程
详细描述
进程的创建可以通过系统调用或用户 程序启动实现，而进程的终止可以通 过正常结束或异常结束实现。在进程 创建和终止过程中，操作系统需要进 行资源分配和回收。
《操作系统进程》ppt课件
目录
• 进程概述 • 进程的组成 • 进程调度 • 进程同步与通信 • 死锁与饥饿 • 进程的并发性
01
进程概述
进程的定义
总结词
描述进程的基本概念
详细描述
进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。它包括程序计数器、堆栈、动态内存和打开文 件等资源。
进程的状态
02
进程的组成
进程控制块PCB
进程状态
描述进程的当前状 态，如运行、就绪 、阻塞等。
资源清单
记录进程所需的资 源。
进程标识符
唯一标识一个进程 。
内存指针
指向进程的程序段 、数据段、缓冲区 等的内存地址。
进程优先级
用于调度进程的优 先级。
程序段
程序代码
存储进程执行的指令。
静态链接库
与程序相关的库函数。
通过共享内存，多个进程可以方便地交换数据、协调任务和同步执 行。生冲突和死锁 问题。同时，需要实现高效的内存同步和数据一致性维护机制。
05
死锁与饥饿
死锁的概念与产生条件
死锁的概念
在操作系统中，如果一组进程中的每个进程都在等待某个事件发生（通常是由于资源被 其他进程占用），而这个事件又只可能由该组中的另一个进程产生，那么这组进程就被
进程总结
执行现象 两个进程，父子进程
子进程拥有父进程所有的代码，仅执行目标函数 进程间互不影响，没有先后顺序 子进程里面不能使用input 进程对象属性 p.pid p.is_alive p.daemon
进程处理细节 进程相关函数 os.getpid() os.getppid() sys.exit(info) 孤儿和僵尸 孤儿进程特点 进程树 僵尸进程特点 join() signal(SIGCHLD,SIG_IGN)
创建进程池对象，放入适当的进程 Pool() 将事件加入队列 pool.apply_async(func,args,kwds) 关闭进程池 pool.close() 回收进程池中的进程 pool.join()
进程通信 必要性 进程间相互独立，资源不共享，如果需要数据传输的话就要进行数据通信 常用进程间通信方法 消息队列 Queue 消息队列使用 过程 创建队列对象 设置消息个数 向队列中放入消息 取出队列中消息 注意： 放入/取出消息个数超过设置值 阻塞 超出阻塞时间会报错 不阻塞 直接报错
S I R)
进程树形结构
pstree tiprocessing 创建流程 创建进程对象 Process(target=目标函数，args=传递给目标函数的参数) 传递的参数也可以用kwargs
启动进程 start()
回收进程 join() 不和p.daemon = True一起用 孤儿和僵尸 回收方法
进程总结
进程概述 进程的定义 程序在计算中的一次执行过程
程序和进程的区别 进程是动态的占有磁盘，没有启动不占有磁盘 程序是静态的占有磁盘
进程状态 三态：就绪、运行（占有CPU）、等待 五态：新建、就绪、运行（占有CPU）、等待、终止
进程命令 查看进程信息 ps -aux USER PID %CPU %MEM(内存占有率) STAT(进程状态信息 COMMAND(通过什么程序启动的进程)
子进程拥有父进程所有的代码，仅执行目标函数 进程间互不影响，没有先后顺序 子进程里面不能使用input 进程对象属性 p.pid p.is_alive p.daemon
进程处理细节 进程相关函数 os.getpid() os.getppid() sys.exit(info) 孤儿和僵尸 孤儿进程特点 进程树 僵尸进程特点 join() signal(SIGCHLD,SIG_IGN)
创建进程池对象，放入适当的进程 Pool() 将事件加入队列 pool.apply_async(func,args,kwds) 关闭进程池 pool.close() 回收进程池中的进程 pool.join()
进程通信 必要性 进程间相互独立，资源不共享，如果需要数据传输的话就要进行数据通信 常用进程间通信方法 消息队列 Queue 消息队列使用 过程 创建队列对象 设置消息个数 向队列中放入消息 取出队列中消息 注意： 放入/取出消息个数超过设置值 阻塞 超出阻塞时间会报错 不阻塞 直接报错
S I R)
进程树形结构
pstree tiprocessing 创建流程 创建进程对象 Process(target=目标函数，args=传递给目标函数的参数) 传递的参数也可以用kwargs
启动进程 start()
回收进程 join() 不和p.daemon = True一起用 孤儿和僵尸 回收方法
进程总结
进程概述 进程的定义 程序在计算中的一次执行过程
程序和进程的区别 进程是动态的占有磁盘，没有启动不占有磁盘 程序是静态的占有磁盘
进程状态 三态：就绪、运行（占有CPU）、等待 五态：新建、就绪、运行（占有CPU）、等待、终止
进程命令 查看进程信息 ps -aux USER PID %CPU %MEM(内存占有率) STAT(进程状态信息 COMMAND(通过什么程序启动的进程)
第五讲进程表示与进行状态变化目的与要求理解进程概念,掌握进.
3.2 进程状态 3.2.1 进程的创建与结束等系统调用
1.进程创建处理过程大致为： 1）接收进程运行现场初始值，初始优 先级，初始执行程序描述，以及其他资源 等传来的参数。 2）请求分配进程描述块的PCB空间，得 到一个内部数字进程标识。 3）用从父进程传来的参数初始化PCB表。
4）产生描述进程空间的数据结构，用 初始执行文件初始化进程空间，建立程 序段，数据段、栈段等。 5）用进程运行现场初始值，设置处 理机现场保护区。造一个进程运行栈帧。 6）将进程置成就绪状态。 7）置好父进程等关系域。 8）将PCB表挂入就绪队列，等待时 机被调度运行。
2.进程结束大致处理过程如下：
1）将进程状态改成结束状态； 2）关闭所有打开文件和设备； 3）释放用户进程程序文件映射和其他资源； 4）进行相关信息统计； 5）清理其相关进程的链接关系，如在UNIX 中，将该结束进程的所有子进程链接到1号进程， 作为1号进程的子进程，并通知父进程自己已结束。 6）释放进程映像空间（对于虚存来说，如交 换区、所占物理页，将页表所占空间返还系统）； 7）释放进程控制块(PCB)； 8）调用进程调度与切换程序。
Ready→Running：处于就绪状态的进程被 进程调度程序选中后，就分配到处理机上 来运行. Running→Exit：当进程表示它已经完成或 者因错流产，当前运行进程会由操作系统 作结束处理。 Running→Ready：处于运行状态的进程在 其运行过程中，由于分配给它的处理机时 间片用完而让出处理机;在可剥夺的操作系 统中，当有更高优先级的进程就绪时，操 作系统调度程序可以将正运行进程从运行 状态改变为就绪状态，让更高优先级进程 运行。
1.进程定义 进程：是一个有独立功能的程序关于某个数据集
合的一次运行活动。
改革开放的历史进程-PPT精品文档
第二阶段：以城市为中心全面改革的探索
阶段--从1984年10月中共中央作出关于 经济体制改革的决定到1988年9月中共 中央作出《关于治理经济环境整顿经济 秩序全面深化改革的决议》。
这一时期，改革的重点从农村转移到城市， 从经济领域扩展到政治、科技、教育及其他 社会生活领域。改革的深度和广度都较前一 时期有显著进展，故称之为全面改革的探索 阶段。
第五阶段：以完善社会主义市场经济体制为基本
内容的制度创新阶段--从2019年10月中共十六 届三中全会召开至今。
2019年10月，中共中央召开十六届三中 全会，会议审议通过了《中共中央关于完善 社会主义市场经济体制若干问题的决定》， 这个决定的发表，对于全面推进我国的改革 开放和现代化建设事业，具有特殊的意义。 这个发展阶段的突出特点是：制度创新。特 别是以完善社会主义市场经济体制为核心内 容的制度创新。
徐州离世界越来越近了
交通运输业高速发展。2019年底，全市公路
里程实现12146公里，全省排名第二，其中 高速公路通车里程达到350公里。货运量达 18480万吨，是1978年的7.1倍；2019年观音 机场开通国内航线17条，年旅客吞吐量达41 万人次，拉近了徐州与世界的距离。全市人 均道路面积由1989年的3.3平方公里增加到 2019年的12.9平方公里。
--1984年10月，中共十二届三中全会通过了《中共中央关于经济体 制改革的决定》。这是一个有关改革的纲领性文件。这个文件的公布和 实施，表明中国共产党对改革的认识达到了一个新的高度，其最重要的 认识成果，就是创造性地提出了社会主义经济是有计划的商品经济这一 新论断，首次把社会主义与商品经济结合起来。从而为经济体制改革提 供了新的理论指导，标志着中国改革正在走向深入。 --1987年10月，中国共产党召开十三大。这次大会有两个突出贡献： 一是比较系统地论述了社会主义初级阶段理论，明确概括和全面阐发了 党在社会主义初级阶段的基本路线；二是阐述了政治体制改革的方针、 内容和实施方案。从而把政治体制改革提到了议事日程。
23进程及其实现.ppt
2.五态模型
五态模型在三态模型的基础上，引进了新建态和终止 态。
新建态------对应进程刚被创建的状态。为一个新进 程创建必要的管理信息，它并没有被提交执行，而是 在等待操作系统完成创建进程的必要操作。
终止态-------进程的终止。首先，等待操作系统进 行善后，然后，退出主存。进入终止态的进程不再执 行，但依然临时保留在系统中等待善后。一旦其他进 程完成了对终止态进程的信息抽取之后，系统将删除 该进程。
2.3.1 进程的定义和属性
1.操作系统为什么要引入进程概念?
一是刻画系统的动态性，发挥系统的并发性，提高资源利用 率。在多道程序设计环境下，程序可以并发执行，一个程序 的任意两条指令之间都可能发生随机事件而引发程序切换。 因而，每个程序的执行都可能不是连续的而是走走停停。
二是它能解决系统的“共享性”，正确描述程序的执行状态。
2.3 进程及其实现
主要内容：
进程的定义和属性 进程的状态和转换 进程的描述和组成 进程切换与模式切换 进程的控制和管理
进程的概述
•进程是操作系统中最基本、重要的概念
•是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现 的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律 引进的一个概念,所有多道程序设计操作系统都建 立在进程的基础上。
(2)引起进程状态转换的具体原因 •运行态→等待态：等待使用资源或某事件发生 ； •等待态→就绪态：资源得到满足或事件发生 ； •运行态→就绪态：运行时间片到；出现有更高优先权进程。 •就绪态→运行态：CPU空闲时选择一个就绪进程。
运行态
选中
落选
出现等待事件
就绪态
等待事件结束
等待态
进程三态模型及其状态转换
•从理论角度看，进程是对正在运行的程序过程的抽 象；
《进程基本概念》PPT课件
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28
2) 处理机状态
处理机状态信息主要是由处理机的各种寄存器中的内容
组成的。处理机在运行时，许多信息都放在寄存器中。当处
理机被中断时，所有这些信息都必须保存在PCB中，以便在该
进程重新执行时，能从断点继续执行。这些寄存器包括：①
通用寄存器，又称为用户可视寄存器，它们是用户程序可以
访问的，用于暂存信息，在大多数处理机中，有 8～32个通用
释放(Release)：由于进程完成或失败而中止 进程运行，进入结束状态；
➢运行到结束：分为正常退出Exit和异常 退出abort（执行超时或内存不够，非法指 令或地址，I/O失败，被其他进程所终止） ➢就绪或阻塞到结束：可能的原因有：父
进程可在任何时间中止子进程；
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19
3、七状态模型（引入挂起状态）
(1) 内部标识符。在所有的操作系统中，都为每一个 进程赋予了一个惟一的数字标识符，它通常是一个进 程的序号。设置内部标识符主要是为了方便系统使用。 (2) 外部标识符。它由创建者提供，通常是由字母、 数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。 为了描述进程的家族关系，还应设置父进程标识及子 进程标识。此外，还可设置用户标识，以指示拥有该 进程的用户。
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23
2）激活（Activate）：把进程从外存转到内 存，可能有以下几种情况：
就绪挂起到就绪：没有就绪进程或挂起就 绪进程优先级高于就绪进程时，会进行这种 转换；
阻塞挂起到阻塞：当Blocked Suspend队列 中有一个进程的阻塞事件可能会很快发生， 则可将一个Blocked/Suspend进程换入内存， 变为Blocked
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2
一、进程的概念