第3章 进程管理
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进程管理软件使用教程
进程管理软件使用教程第一章：介绍进程管理软件进程管理软件是一种用于监控和管理计算机系统中运行进程的工具。
它可以提供进程的详细信息、性能监测、资源分配以及进程控制等功能。
本章将介绍进程管理软件的作用和常见的应用场景。
第二章：安装和配置进程管理软件在本章中，我们将详细讲解如何安装和配置进程管理软件。
首先，用户需要下载并安装合适的软件。
然后，通过简单的设置，将软件与操作系统相连接，以获取系统进程的信息。
第三章：进程管理软件的界面和功能本章将重点介绍进程管理软件的界面和功能。
进程管理软件通常提供直观、易用的界面，以方便用户查看和管理进程。
同时，软件还提供了包括进程状态监测、进程资源分配、进程优化等多种功能。
第四章：查看进程信息在这一章，我们将讲解如何使用进程管理软件来查看进程的详细信息。
进程管理软件可以提供进程的名称、PID、内存占用、CPU占用以及进程的执行路径等信息。
用户可以根据需要查看特定进程的信息。
第五章：进程性能监测本章将介绍如何使用进程管理软件来监测进程的性能。
通过软件提供的性能监测功能，用户可以了解每个进程的CPU使用率、内存使用率、磁盘IO等性能指标。
用户可以根据这些指标来评估进程的性能状况。
第六章：资源分配和进程控制进程管理软件通常提供资源分配和进程控制的功能，本章将详细介绍如何使用这些功能。
用户可以通过软件来调整进程的优先级、CPU占用限制、内存占用限制以及进程的关闭等操作，以优化系统的性能和资源利用效率。
第七章：进程优化和故障排除在本章中，我们将探讨如何使用进程管理软件来优化进程的性能和解决故障。
软件提供的进程优化功能可以帮助用户找出进程性能短板，并提供相应的优化建议。
同时，软件还可以帮助用户识别和解决进程故障，以确保系统的稳定性和可靠性。
第八章：总结和展望在本章中，我们将对整个进程管理软件使用教程进行总结，并展望未来的发展方向。
进程管理软件作为系统管理的重要工具，不断提升其功能和性能，将更好地满足用户的需求，并推动计算机系统的进一步发展。
第三章进程管理 - PowerPoint 演示文稿
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3.6.3用P，V原语操作实现同步
解:由题意可知，进程PA调用的过程deposit(data)和进 程PB调用的过程remove(data)必须同步执行，因为过 程deposit(data)的执行结果是过程remove(data)的执 行条件，而当缓冲队列全部装满数据时，remove(data) 的执行结果又是deposit(data)的执行条件，满足同步 定义。从而，我们按以下三步描述过程deposit(data) 和remove(data)： 1)设Bufempty为进程PA的私用信号量，Buffull为进 程PB的私用信号量； 2)令Bufempty的初始值为n(n为缓冲队列的缓冲区个 数)，Buffull的初始值为0， 3）描述：
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信号量和P,V原语
P原语
申请资源的进程如果s<0,进 程自我阻塞，因此进程放弃 了CPU。 图3.12P原语操作功能
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信号量和P,V原语
V原语
释放资源的进程A，如果 有进程B在等待资源，A要 唤醒B进程后再返回原进 程程序执行，如果原进程 程序执行完毕，则把CPU 交给进程调度程序。
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3.7进程通信
进程通信(IPC, Inter-Process Communication)
在进程间传送数据。 操作系统可以被看作是各种进程组成的，例如用户 进程、计算进程、打印进程等。这些进程都具有各 自独立的功能，且大多数被外部需要而启动执行。 一般来说，进程间的通信根据通信的内容可以划分 为两种：
3.6同步的概念
并发进程同时访问公有数据和公有变量引出了 互斥的概念.现在研究进程的合作关系.
第3章进程管理PPT教学课件
可重入程序（纯代码）：执行过程中不变的代 码。
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进程的特性
并发性：系统中同时存在着若干进程。 动态性：进程状态不断变化。 独立性：进程是分配资源的独立单位。 交往性：与其它进程交换信息。 异步性：以不可预知的速度向前推进。 结构性：一个进程包括三个部分：程序，
数据，进程控制块。
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进程状态及其转换
➢ 进程基本状态
➢ 就绪：拥有了除CPU之外的所有资源。 ➢ 运行：进程在CPU上运行。 ➢ 等待：进程等待某事件发生，如：读磁盘，打印、读
文件等等。
➢ 进程状态之间的转换
➢ 创建一个进程时，进程处于就绪状态。 ➢ 随着拥有（或等待）的资源不同，进程在不同的状态
4、哪些状态的转换是可能的，哪些是不可能 的。如：等待运行（）。
5、一个完整的进程由程序、数据、进程控制
快组成。进程的任何状态变化都在PCB之中
反映出来。
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进程队列
处在就绪状态和等待状态的进程不止一个。 （但在任一时刻，处在运行状态的进程最多 只有一个）。
引起进程状态变化的原因也很多。
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进程控制块（PCB）
定义：描述进程外部特性的数据结构。
内容：
标识信息：进程标识符；特征；当前状态。
说明信息：拥有资源和等待资源。内存地址、 I/O设备、外存、数据区等。
管理信息：进程优先数；队列指针。
现场信息：记录进程释放处理机时的现场信 息，PSW、通用寄存器等。
作用：PCB是进程存在的唯一标志。进程 的动态、并发特性通过PCB表现出来。
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进程的特性
并发性：系统中同时存在着若干进程。 动态性：进程状态不断变化。 独立性：进程是分配资源的独立单位。 交往性：与其它进程交换信息。 异步性：以不可预知的速度向前推进。 结构性：一个进程包括三个部分：程序，
数据，进程控制块。
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进程状态及其转换
➢ 进程基本状态
➢ 就绪：拥有了除CPU之外的所有资源。 ➢ 运行：进程在CPU上运行。 ➢ 等待：进程等待某事件发生，如：读磁盘，打印、读
文件等等。
➢ 进程状态之间的转换
➢ 创建一个进程时，进程处于就绪状态。 ➢ 随着拥有（或等待）的资源不同，进程在不同的状态
4、哪些状态的转换是可能的，哪些是不可能 的。如：等待运行（）。
5、一个完整的进程由程序、数据、进程控制
快组成。进程的任何状态变化都在PCB之中
反映出来。
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进程队列
处在就绪状态和等待状态的进程不止一个。 （但在任一时刻，处在运行状态的进程最多 只有一个）。
引起进程状态变化的原因也很多。
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进程控制块（PCB）
定义：描述进程外部特性的数据结构。
内容：
标识信息：进程标识符；特征；当前状态。
说明信息：拥有资源和等待资源。内存地址、 I/O设备、外存、数据区等。
管理信息：进程优先数；队列指针。
现场信息：记录进程释放处理机时的现场信 息，PSW、通用寄存器等。
作用：PCB是进程存在的唯一标志。进程 的动态、并发特性通过PCB表现出来。
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第3章-进程管理与调度详解
操作系统讲义
孙清
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Contents
课程内容安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
操作系统概述 系统启动及用户界面 进程管理与调度 进程同步 存储器管理 文件管理 设备管理
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管态（核心态）：系统态 目态：用户态
状态之间的转换
• 目态→管态：唯一途径是中断 • 管态→目态：设置程序状态字PSW
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进程控制块（PCB）
PCB：用于存放管理进程运行的必要信息。 PCB处于核心段，用户不能直接访问和修改PCB。 OS把所有PCB组织在一起，放在固定的内存区域， 构成PCB表。
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进程的状态迁移
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3.2 进程的控制
进程的控制使用原语实现。
原语（primitive）是在管态下运行，执行期间不 允许被中断。
原语的实现方法是以系统调用方式提供原语接口， 采用中断屏蔽方式来实现原语功能。
进程的控制原语包括：
创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活。
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1、进程的创建
父进程创建子进程时，系统从空PCB池中取一个 空PCB，并在进程表中增加一项； 为新进程分配地址空间，传递环境变量，构造共 享地址空间； 查找辅存，将新进程正文装到内存；
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4、进程的唤醒 当进程所等待的事件发生，由系统进程或 事件发生进程调用唤醒原语。
将被唤醒的进程置为就绪态，并将其PCB 加入相关的就绪队列。
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孙清
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课程内容安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
操作系统概述 系统启动及用户界面 进程管理与调度 进程同步 存储器管理 文件管理 设备管理
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管态（核心态）：系统态 目态：用户态
状态之间的转换
• 目态→管态：唯一途径是中断 • 管态→目态：设置程序状态字PSW
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进程控制块（PCB）
PCB：用于存放管理进程运行的必要信息。 PCB处于核心段，用户不能直接访问和修改PCB。 OS把所有PCB组织在一起，放在固定的内存区域， 构成PCB表。
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进程的状态迁移
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3.2 进程的控制
进程的控制使用原语实现。
原语（primitive）是在管态下运行，执行期间不 允许被中断。
原语的实现方法是以系统调用方式提供原语接口， 采用中断屏蔽方式来实现原语功能。
进程的控制原语包括：
创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活。
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1、进程的创建
父进程创建子进程时，系统从空PCB池中取一个 空PCB，并在进程表中增加一项； 为新进程分配地址空间，传递环境变量，构造共 享地址空间； 查找辅存，将新进程正文装到内存；
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4、进程的唤醒 当进程所等待的事件发生，由系统进程或 事件发生进程调用唤醒原语。
将被唤醒的进程置为就绪态，并将其PCB 加入相关的就绪队列。
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第3章进程管理
唤醒，运行等。
控制进程实现 状态的转换
第3章 进程管理
操作系统基础 19
3.4 进程控制
• 2、原语（是一段功能程序） 系统所提供的为实现上述对进程控制的各个功能程
序称为原语。 3、进程的族系
系统内只有进程才能建立进程，这种进程的父子关 系所形成的进程间的层次（家族）体系，称为进程族系， 或称进程树。
• 2、进程与程序的区别 ！进程是程序的执行（动态），程序是指令集合。 ！进程有生命周期，程序是永久的。 ！进程含有程序，数据和状态。 ！一个程序可与多个进程相对应。 ！一个进程可以包括多个程序。 进程是动态的， 程序是静态的。
第3章 进程管理
操作系统基础 7
3.2 进程的状态
• 3.2.1 进程的状态及其变化
P1
•
父进程
第3章 进程管理
建立
P2
子进程
……
操作系统基础 20
3.4 进程控制
• 4、建立进程原语
1）建立进程原语：用于父进程建立子进程，即实现：
建立子进程的PCB
初始化PCB（填入参数）
分配存储空间
将子进程PCB插入就绪队列
2）建立进程原语的PASCAL语言描述：
见pp48程序
第3章 进程管理
由于系统内进程的并发（相互制约）性，将使进程的状
态发生变化。
这些约束条件为：
其上是否有正在运行的进程
1、CPU是否空闲
进程已进入内存了吗？
2、进程是否已具备了被执行的条件 外设忙则需等待
3、进程有无外部设备的要求或数据要求
4、进程间有无顺序性或制约性等
一个进程是否在另 一进程后运行？
第3章 进程管理
进程队列，进程队列是一种数据结构。 构成队列的方法：
chap进程管理
3) 初始化进程控制块
初始化标识符信息(填入)、处理机的状态信息(指令指 针, 栈指针)和控制信息(状态,优先级...)
1) 设置相应的链接
如: 把新进程加到就绪队列的链表中
3.25
计算机操作系统
第三章 进程管理
二、 进程的终止(撤消) 1. 进程何时终止? 1) 正常结束 批处理系统中,进程已运行完成遇到 Halt 指令 分时系统中, 用户退出登录 2) 异常结束 本进程发生出错和故障事件 存储区越界、保护性错(如:写只读文件)、特权 指令错、非法指令(如:程序错转到数据区)、算 术运算错、运行超时、等待超过时、I/O 失败、 3) 外界干预 操作系统干预、父进程请求、父进程终止
N的值
1
1
1
3.9
1
2
2
计算机操作系统
第三章 进程管理
资源共享 系统中硬件和软件资源不再为单个用户程序所独占，而
由几个用户程序共同使用。 程序并发执行和资源共享是现代操作系统的基本特性，它 们之间互为依存。 并发的特征 1.程序结果的不可再现性：并发程序执行的结果与其执行 的相对速度有关，是不确定的 2.在并发环境下程序的执行是间断性的：执行——停—— 执行 3.程序和机器执行程序的活动不再一一对应 4.并发程序间的相互制约
End;
end;
int N=1; 是AA和BB都能访问的外部公共变量,这两 个程序在并发执行, N:=N+1;可分解为3条机器指令, 它们的执行顺序不同有可能导致N的值结果不同。
3.8
计算机操作系统
第三章 进程管理
(a) 顺序 执行
时间 程序A
程序B
T0 A←N 1
T0 A←N
T1 A←A+1 1
快速掌握软件的进程管理功能
快速掌握软件的进程管理功能第一章：进程管理概述进程管理是操作系统中的一个重要功能，它是指操作系统对进程进行创建、调度、结束和资源分配等活动的管理。
在现代计算机系统中，进程管理非常重要，因为它能够提高系统的并发性和效率。
本章将介绍进程管理的概念和作用，为后续章节的详细讲解做铺垫。
第二章：进程创建与终止在操作系统中，进程的创建和终止是两个基本的操作。
进程的创建指的是操作系统根据用户的请求或者系统内部的需要来创建新的进程。
而进程的终止是指操作系统将一个运行中的进程终止并释放占用的资源。
本章将详细介绍进程的创建和终止的具体过程，包括通过系统调用和其他方式来创建新进程，以及进程的终止条件和终止方式等。
第三章：进程调度与优先级进程调度是指操作系统根据一定的算法和策略来合理地分配CPU时间片给各个就绪状态的进程。
进程优先级则是用于确定哪些进程在就绪时获得更多的CPU时间。
本章将详细介绍进程调度的相关算法和策略，如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）和时间片轮转等。
同时还将解释进程优先级的概念及其使用方法。
第四章：进程通信与同步在操作系统中，进程之间必须进行通信和同步才能完成协作任务。
进程通信是指进程之间交换数据和信息的过程，而进程同步则是指进程之间相互等待以保证协作任务的正确执行。
本章将详细介绍进程间通信的方式，如管道、消息队列和共享内存等。
同时还会解释进程同步的概念及其常用的同步机制，包括信号量和互斥锁等。
第五章：资源分配和死锁在多进程系统中，操作系统需要合理地分配资源以满足进程的需要。
资源分配涉及到资源的申请、分配、释放和回收等过程。
同时，不合理的资源分配也会导致死锁的产生，即多个进程因为互相等待对方所持有的资源而无法继续执行。
本章将介绍资源分配和死锁的概念，并详细讲解资源分配的算法和死锁的预防与解决。
第六章：监控和管理进程操作系统中的进程管理功能不仅仅是创建、调度和结束进程，还包括对进程的监控和管理。
第三章Operating_System进程管理
一个作业至少由一个进程来执行完成，反之不 然；
作业的概念主要用于批处理操作系统；而进程 的概念几乎用于所有的多道系统中。
5. 进程的组成
程序：描述进程要完成的功能。 数据：程序执行时需要的数据。 进程控制块（PCB）：存储有关进程的
各种信息，操作系统根据它来控制和管 理进程。
6 进程控制块 (PCB, process control block)
进程控制信息：
– 当前状态； – 优先级(priority)； – 代码执行入口地址； – 程序的外存地址； – 运行统计信息（执行时间、页面调度）； – 进程间同步和通信信息；阻塞原因
资源管理信息：虚拟地址空间的现状、打开文件列 表
CPU现场保护结构：寄存器值（通用、程序计数器 PC、状态PSW）
进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和 进程控制块（即进程状态信息）。
进程具有并发特征（独立性和异步性） ；而程序没有。 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对
应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
4.作业与进程的区别
作业是用户向计算机提交任务的实体，被提交 后进入外存的作业等待队列。而进程是完成用 户任务的执行实体，被创建后，总有相应部分 常驻内存；
分配处理机资源；
2. 转换
进程创建(Enter)：系统创建进程，形成 PCB，分配所需资源，排入暂停进程表 (可为一个队列)；
调度运行(Dispatch)：从暂停进程表中选 择一个进程(要求已完成I/O操作)，进入 运行状态；
暂停运行(Pause)：用完时间片或启动I/O 操作后，放弃处理机，进入暂停进程表；
顺序执行的特征
– 顺序性：按照程序结构所指定的次序（可能有分支或循环）
作业的概念主要用于批处理操作系统；而进程 的概念几乎用于所有的多道系统中。
5. 进程的组成
程序：描述进程要完成的功能。 数据：程序执行时需要的数据。 进程控制块（PCB）：存储有关进程的
各种信息，操作系统根据它来控制和管 理进程。
6 进程控制块 (PCB, process control block)
进程控制信息：
– 当前状态； – 优先级(priority)； – 代码执行入口地址； – 程序的外存地址； – 运行统计信息（执行时间、页面调度）； – 进程间同步和通信信息；阻塞原因
资源管理信息：虚拟地址空间的现状、打开文件列 表
CPU现场保护结构：寄存器值（通用、程序计数器 PC、状态PSW）
进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和 进程控制块（即进程状态信息）。
进程具有并发特征（独立性和异步性） ；而程序没有。 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对
应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
4.作业与进程的区别
作业是用户向计算机提交任务的实体，被提交 后进入外存的作业等待队列。而进程是完成用 户任务的执行实体，被创建后，总有相应部分 常驻内存；
分配处理机资源；
2. 转换
进程创建(Enter)：系统创建进程，形成 PCB，分配所需资源，排入暂停进程表 (可为一个队列)；
调度运行(Dispatch)：从暂停进程表中选 择一个进程(要求已完成I/O操作)，进入 运行状态；
暂停运行(Pause)：用完时间片或启动I/O 操作后，放弃处理机，进入暂停进程表；
顺序执行的特征
– 顺序性：按照程序结构所指定的次序（可能有分支或循环）
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唤醒原语 流程图
3.5 进程互斥
3.5.1 资源共享所引起的制约
在计算机系统中，由于资源有限导致了进程 之间的资源竞争和共享。
如果不能控制并发进程执行的相对速度，则 并发进程在共享资源时，可能会产生与时间 有关的错误。
3.5 进程互斥
getspace: begin local g g←stack［top］ --② top←top-1 end release(ad): begin top ← top+1 --① stack［top］←ad end 假设先执行①，然后执行②，会有什么结果？
3.5 进程互斥
分析： W(getspace) ∩ W(release)={top}； W（getspace）∩ R(release)={Stack[top]}。 可见程序段getspace、release不满足 Bernstein条件，程序的执行失去了封闭性和可 再现性。
3.5 进程互斥
1、临界区
3.3 进程状态及其转换
3.3.2进程状态转换 UNIX进程转换图：
3.4 进程控制
什么是进程控制？
操作系统使用一些具有特定功能的程序段对 进程进行控制，包括：创建进程、撤消进程， 完成进程各状态间的转换。
进程控制的目的：使多个进程高效率并发执 行；实现资源共享。
3.4 进程控制
什么是原语？
3.2 进程的描述
在UNIX和Liunx系统中，进程空间又被分为 用户空间和系统空间两大部分，用户程序在 用户空间中执行，处理机状态处于用户态； 而系统程序则在系统空间中执行，处理机状 态处于核心态。
3.3 进程状态及其转换
3.3.1 进程状态 在进程的生命期内，一个进程至少具有 5种 基本状态：初始态、执行状态、等待状态、 就绪状态和终止状态。
3.1 进程的概念
举例： S1:a=x+y; S2:b=z+1; S3:c=a-b; S4:w=c+1。 R(s1)={x,y}, R(s2)={z},R(s3)={a,b},R(s4)={c} W(s1)={a}, W(s2)={b},W(s3)={c},W(s4)={w} S1和S2满足条件，说明S1和S2可并发，其它的任 何两个语句不能并发执行。
进程撤消原语
流程图
3.4 进程控制
3.4.2 进程阻塞与唤醒
1、进程阻塞
进程由执行状态转换到等待状态由阻塞原语 完成。 一个进程等待某一事件发生（例如等待键盘 输入数据、等待其他进程发来数据），该进 程调用阻塞原语来阻塞自己。 被阻塞进程臵“阻塞”（等待）状态后插入 等待队列中。
3.4 进程控制
3.1 进程的概念
3.多道程序系统中程序执行环境的变化
多道程序系统要求计算机能够同时处理多个 具有独立功能的程序，在多道程序系统中， 程序执行的环境有如下3个特点： (1) 独立性：每道程序在逻辑上是独立的。 (2) 随机性：程序和数据的输入与执行开始时 间都是随机的。 (3) 资源共享：多道程序共享硬件和软件资源， 将导致对进程执行速度的制约。
阻塞原语 流程图
3.4 进程控制
2、进程唤醒
进程由等待状态转换到就绪状态由唤醒原语 完成。
当等待队列中的进程所等待的事件发生时， 等待该事件的所有进程都被唤醒。 一个处于阻塞状态的进程不能唤醒自己，唤 醒一个进程有两种方法：一种是由系统进程 唤醒；另一种是由事件发生进程唤醒。
3.4 进程控制
3.1 进程的概念
相邻语句可以并发执行的条件 (Bernstein条件) 将程序中任一语句Si划分为两个变量的集合R(Si) 和W(Si)。其中R(Si)={a1，a2， … ，am}， aj(j=1，…，m)是语句Si在执行期间必须对其进行 读的变量；W(Si)={b1，b2， … ，bn}， bj(j=1，…，n)是语句Si在执行期间必须对其进行 修改（写）的变量； 如果对于语句S1和S2，有 ① R(S1)∩ W(S2)={∮}， ② W(S1)∩ R(S2)={∮}， ③ W(S1)∩ W(S2)={∮} 同时成立，则语句S1和S2是 可以并发执行的。
（1）由系统程序模块统一创建，系统统一创 建的各个进程是平等的关系。
（2）由父进程创建，父子进程之间构成树型 结构的家族关系。
进程创建原语
流程图
3.4 进程控制
2. 进程撤消
以下几种情况会导致进程被撤消：
(1) 该进程已完成所要求的功能而正常终止。 (2) 由于某种错误导致非正常终止。 (3) 父进程要求撤消某个子进程。
3.2 进程的描述
进程的静态描述由三部分组成：进程控制块 PCB，有关程序段和对其进行操作的数据结 构集。 进程控制块PCB包含了有关进程的描述信息、 控制信息以及资源信息，是进程动态特征的 集中反映。 PCB是系统感知进程的唯一实体。
3.2 进程的描述
3.2.1 进程控制块PCB
（1）描述信息： 进程名或进程标识号：是唯一的。 用户名或用户标识：每个进程都隶属于某个用户。 家族信息：与该进程有关的家族关系。 （2）控制信息 进程状态：初始态、就绪态、执行态、等待状 态和终止状态。 进程优先级：占用CPU时间、占用内存的时间、 初始优先级等。
3.2 进程的描述
UNIX System Ⅴ进程上下文组成示例
3.2 进程的描述
3.2.3 进程上下文切换
当操作系统调度新进程占有处理机时，新老 进程的上下文发生切换。
3.2 进程的描述
3.2 进程的描述
3.2.4 进程空间与大小
所有程序的执行都在自己的进程空间中进行， 用户程序、进程的各种控制表格都按一定结 构存放在进程空间中。 进程空间的大小与处理机指令的地址长度有 关。
第3章 进程管理
主要内容： 1、进程的概念、描述 2、进程状态及其转换 3、进程控制 4、进程互斥、同步、进程通信 5、死锁问题 6、线程的概念及分类
3.1 进程的概念
操作系统的重要任务之一是使用户充分、 有效地利用系统资源。 采用一个什么样的概念，来描述计算机程 序的执行过程和作为资源分配的基本单位 才能充分反映操作系统的并发执行、资源 共享的特点呢？
3.1 进程的概念
3.1.1 程序的并发执行
1.程序
程序是一个在时间上严格地按前后次序进行 的操作序列集合，是一个静态的概念。
程序体现了程序员要求计算机完成相应功能 所采取的顺序步骤。
3.1 进程的概念
2.程序的顺序执行
CPU通过时序脉冲来控制指令的顺序执行。 其执行过程可以描述为： Repeat IR ← M［pc］ pc ← pc+1 〈 Execute (instruction in IR)〉 Until CPU halt
3.5 进程互斥
3.5.3 信号量和P、V原语
1、信号量
信号量代表临界区的公用资源，比如：共用 两台打印机可以定义信号量：semaphore n=2;一个缓冲区有8个缓冲单元可以定义信 号量：semaphore buf=8;
进程上下文是一个与进程切换和处理机状态 变化有关的概念。
我们把已执行过的指令和数据在相关寄存器 与堆栈中的内容称为上文，把正在执行的指 令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为正文， 把等待执行的指令和数据在寄存器与堆栈的 内容称为下文。
3.2 进程的描述
进程上下文的结构由与执行该进程有关的各 种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成 的机器指令代码集（或称正文段）、数据集 和各种堆栈值与PCB结构构成。
并发进程在申请进入临界区时，首先测试该 临界区是否是上锁的。如果该临界区已被锁 住，则该进程要等到该临界区开锁之后才有 可能获得临界区。
3.5 进程互斥
加锁后的临界区程序描述如下： lock(key[S]) 〈临 界 区〉 unlock(key[Ｓ])
设key[Ｓ]=1时表示类名为Ｓ的临界区可用， key[Ｓ]=0时表示类名为Ｓ的临界区不可用。 （1）原语unlock(key[S])的实现： key[S]←1
3.1 进程的概念
4.程序的并发执行 (1) 什么是程序的并发执行？ 由于计算机的资源是有限的，并发执行的程序 在宏观上是同时进行的，在微观上仍然是顺序 执行。 程序的并发执行可总结为：一组在逻辑上互相 独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时 间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚 未结束，另一个程序段的执行已经开始的执行 方式。
不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称 为临界区。
临界区是由属于不同并发进程的程序段共享 公用数据或公用变量而引起的。 各并发进程的执行速度受公有资源制约称为 进程之间的间接制约。
2、间接制约
3.5 进程互斥
3、，因共享 某一公有资源而不能同时进入临界区，称为进 程互斥。 一组并发进程互斥执行必须满足以下准则：
3.2 进程的描述
（3）资源管理信息 存储器信息：占用内存大小和管理内存所用 的数据结构。 共享程序大小及起始地址。 输入输出设备信息及文件信息。 （4）CPU现场保护结构 当前进程被中断时，为了以后该进程能在被 中断处恢复执行，需要保护当前进程的CPU 现场数据。
3.2 进程的描述
3.2.2 进程上下文
3.1 进程的概念
3.1.2 进程的定义 1.进程的定义 进程是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集在 处理机上的执行过程和资源分配的基本单位。 2.进程与程序的区别 （ 1 ） 进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概 念； （2）进程具有并发特征，而程序没有； （ 3 ） 进程是竞争资源的基本单位，从而其并发性受到 系统资源的制约； （ 4 ） 不同的进程可以包含同一程序，只要该程序对应 的数据集不同。
3.5 进程互斥
3.5.1 资源共享所引起的制约
在计算机系统中，由于资源有限导致了进程 之间的资源竞争和共享。
如果不能控制并发进程执行的相对速度，则 并发进程在共享资源时，可能会产生与时间 有关的错误。
3.5 进程互斥
getspace: begin local g g←stack［top］ --② top←top-1 end release(ad): begin top ← top+1 --① stack［top］←ad end 假设先执行①，然后执行②，会有什么结果？
3.5 进程互斥
分析： W(getspace) ∩ W(release)={top}； W（getspace）∩ R(release)={Stack[top]}。 可见程序段getspace、release不满足 Bernstein条件，程序的执行失去了封闭性和可 再现性。
3.5 进程互斥
1、临界区
3.3 进程状态及其转换
3.3.2进程状态转换 UNIX进程转换图：
3.4 进程控制
什么是进程控制？
操作系统使用一些具有特定功能的程序段对 进程进行控制，包括：创建进程、撤消进程， 完成进程各状态间的转换。
进程控制的目的：使多个进程高效率并发执 行；实现资源共享。
3.4 进程控制
什么是原语？
3.2 进程的描述
在UNIX和Liunx系统中，进程空间又被分为 用户空间和系统空间两大部分，用户程序在 用户空间中执行，处理机状态处于用户态； 而系统程序则在系统空间中执行，处理机状 态处于核心态。
3.3 进程状态及其转换
3.3.1 进程状态 在进程的生命期内，一个进程至少具有 5种 基本状态：初始态、执行状态、等待状态、 就绪状态和终止状态。
3.1 进程的概念
举例： S1:a=x+y; S2:b=z+1; S3:c=a-b; S4:w=c+1。 R(s1)={x,y}, R(s2)={z},R(s3)={a,b},R(s4)={c} W(s1)={a}, W(s2)={b},W(s3)={c},W(s4)={w} S1和S2满足条件，说明S1和S2可并发，其它的任 何两个语句不能并发执行。
进程撤消原语
流程图
3.4 进程控制
3.4.2 进程阻塞与唤醒
1、进程阻塞
进程由执行状态转换到等待状态由阻塞原语 完成。 一个进程等待某一事件发生（例如等待键盘 输入数据、等待其他进程发来数据），该进 程调用阻塞原语来阻塞自己。 被阻塞进程臵“阻塞”（等待）状态后插入 等待队列中。
3.4 进程控制
3.1 进程的概念
3.多道程序系统中程序执行环境的变化
多道程序系统要求计算机能够同时处理多个 具有独立功能的程序，在多道程序系统中， 程序执行的环境有如下3个特点： (1) 独立性：每道程序在逻辑上是独立的。 (2) 随机性：程序和数据的输入与执行开始时 间都是随机的。 (3) 资源共享：多道程序共享硬件和软件资源， 将导致对进程执行速度的制约。
阻塞原语 流程图
3.4 进程控制
2、进程唤醒
进程由等待状态转换到就绪状态由唤醒原语 完成。
当等待队列中的进程所等待的事件发生时， 等待该事件的所有进程都被唤醒。 一个处于阻塞状态的进程不能唤醒自己，唤 醒一个进程有两种方法：一种是由系统进程 唤醒；另一种是由事件发生进程唤醒。
3.4 进程控制
3.1 进程的概念
相邻语句可以并发执行的条件 (Bernstein条件) 将程序中任一语句Si划分为两个变量的集合R(Si) 和W(Si)。其中R(Si)={a1，a2， … ，am}， aj(j=1，…，m)是语句Si在执行期间必须对其进行 读的变量；W(Si)={b1，b2， … ，bn}， bj(j=1，…，n)是语句Si在执行期间必须对其进行 修改（写）的变量； 如果对于语句S1和S2，有 ① R(S1)∩ W(S2)={∮}， ② W(S1)∩ R(S2)={∮}， ③ W(S1)∩ W(S2)={∮} 同时成立，则语句S1和S2是 可以并发执行的。
（1）由系统程序模块统一创建，系统统一创 建的各个进程是平等的关系。
（2）由父进程创建，父子进程之间构成树型 结构的家族关系。
进程创建原语
流程图
3.4 进程控制
2. 进程撤消
以下几种情况会导致进程被撤消：
(1) 该进程已完成所要求的功能而正常终止。 (2) 由于某种错误导致非正常终止。 (3) 父进程要求撤消某个子进程。
3.2 进程的描述
进程的静态描述由三部分组成：进程控制块 PCB，有关程序段和对其进行操作的数据结 构集。 进程控制块PCB包含了有关进程的描述信息、 控制信息以及资源信息，是进程动态特征的 集中反映。 PCB是系统感知进程的唯一实体。
3.2 进程的描述
3.2.1 进程控制块PCB
（1）描述信息： 进程名或进程标识号：是唯一的。 用户名或用户标识：每个进程都隶属于某个用户。 家族信息：与该进程有关的家族关系。 （2）控制信息 进程状态：初始态、就绪态、执行态、等待状 态和终止状态。 进程优先级：占用CPU时间、占用内存的时间、 初始优先级等。
3.2 进程的描述
UNIX System Ⅴ进程上下文组成示例
3.2 进程的描述
3.2.3 进程上下文切换
当操作系统调度新进程占有处理机时，新老 进程的上下文发生切换。
3.2 进程的描述
3.2 进程的描述
3.2.4 进程空间与大小
所有程序的执行都在自己的进程空间中进行， 用户程序、进程的各种控制表格都按一定结 构存放在进程空间中。 进程空间的大小与处理机指令的地址长度有 关。
第3章 进程管理
主要内容： 1、进程的概念、描述 2、进程状态及其转换 3、进程控制 4、进程互斥、同步、进程通信 5、死锁问题 6、线程的概念及分类
3.1 进程的概念
操作系统的重要任务之一是使用户充分、 有效地利用系统资源。 采用一个什么样的概念，来描述计算机程 序的执行过程和作为资源分配的基本单位 才能充分反映操作系统的并发执行、资源 共享的特点呢？
3.1 进程的概念
3.1.1 程序的并发执行
1.程序
程序是一个在时间上严格地按前后次序进行 的操作序列集合，是一个静态的概念。
程序体现了程序员要求计算机完成相应功能 所采取的顺序步骤。
3.1 进程的概念
2.程序的顺序执行
CPU通过时序脉冲来控制指令的顺序执行。 其执行过程可以描述为： Repeat IR ← M［pc］ pc ← pc+1 〈 Execute (instruction in IR)〉 Until CPU halt
3.5 进程互斥
3.5.3 信号量和P、V原语
1、信号量
信号量代表临界区的公用资源，比如：共用 两台打印机可以定义信号量：semaphore n=2;一个缓冲区有8个缓冲单元可以定义信 号量：semaphore buf=8;
进程上下文是一个与进程切换和处理机状态 变化有关的概念。
我们把已执行过的指令和数据在相关寄存器 与堆栈中的内容称为上文，把正在执行的指 令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为正文， 把等待执行的指令和数据在寄存器与堆栈的 内容称为下文。
3.2 进程的描述
进程上下文的结构由与执行该进程有关的各 种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成 的机器指令代码集（或称正文段）、数据集 和各种堆栈值与PCB结构构成。
并发进程在申请进入临界区时，首先测试该 临界区是否是上锁的。如果该临界区已被锁 住，则该进程要等到该临界区开锁之后才有 可能获得临界区。
3.5 进程互斥
加锁后的临界区程序描述如下： lock(key[S]) 〈临 界 区〉 unlock(key[Ｓ])
设key[Ｓ]=1时表示类名为Ｓ的临界区可用， key[Ｓ]=0时表示类名为Ｓ的临界区不可用。 （1）原语unlock(key[S])的实现： key[S]←1
3.1 进程的概念
4.程序的并发执行 (1) 什么是程序的并发执行？ 由于计算机的资源是有限的，并发执行的程序 在宏观上是同时进行的，在微观上仍然是顺序 执行。 程序的并发执行可总结为：一组在逻辑上互相 独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时 间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚 未结束，另一个程序段的执行已经开始的执行 方式。
不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称 为临界区。
临界区是由属于不同并发进程的程序段共享 公用数据或公用变量而引起的。 各并发进程的执行速度受公有资源制约称为 进程之间的间接制约。
2、间接制约
3.5 进程互斥
3、，因共享 某一公有资源而不能同时进入临界区，称为进 程互斥。 一组并发进程互斥执行必须满足以下准则：
3.2 进程的描述
（3）资源管理信息 存储器信息：占用内存大小和管理内存所用 的数据结构。 共享程序大小及起始地址。 输入输出设备信息及文件信息。 （4）CPU现场保护结构 当前进程被中断时，为了以后该进程能在被 中断处恢复执行，需要保护当前进程的CPU 现场数据。
3.2 进程的描述
3.2.2 进程上下文
3.1 进程的概念
3.1.2 进程的定义 1.进程的定义 进程是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集在 处理机上的执行过程和资源分配的基本单位。 2.进程与程序的区别 （ 1 ） 进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概 念； （2）进程具有并发特征，而程序没有； （ 3 ） 进程是竞争资源的基本单位，从而其并发性受到 系统资源的制约； （ 4 ） 不同的进程可以包含同一程序，只要该程序对应 的数据集不同。