计算机操作系统进程管理
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。
操作系统基本概念
操作系统基本概念操作系统是指计算机系统中的核心软件，它是一组管理计算机硬件与软件资源、控制程序运行、提供用户接口、实现文件管理和网络通信等功能的程序集合。
操作系统的基本概念主要包括四个方面：进程管理、存储管理、文件系统和设备管理。
1.进程管理：进程是指正在运行的程序的实例，它是计算机系统中最基本的运行单位。
操作系统通过进程管理来控制和分配计算机系统中的资源。
进程管理包括进程的创建与撤销、进程状态的转换（就绪、运行、等待）、进程调度和进程间通信等。
进程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了计算机系统中各个进程的运行顺序和调度策略。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、最高优先级优先（PRIORITY）和时间片轮转（RR）等。
2.存储管理：存储管理是操作系统管理计算机的内存资源，它主要包括内存分配与回收、地址映射和内存保护等。
操作系统通过存储管理来实现程序的加载和运行、保护不同进程的内存空间和实现虚拟内存等功能。
内存分配与回收是存储管理的核心功能之一，它负责为不同的进程分配内存空间，以满足程序的运行需求。
常见的内存分配算法包括首次适应算法（FFA）、最佳适应算法（BFA）和最坏适应算法（WFA）等。
地址映射是操作系统将逻辑地址转换为物理地址的过程，它涉及到页表、分段表等数据结构来实现。
通过地址映射，操作系统能够为进程提供一致性的内存访问，实现虚拟内存等功能。
3.文件系统：文件系统是操作系统管理计算机存储设备上的文件和目录的方法，它通过文件、目录和文件操作来为用户管理和存储数据。
文件系统还提供了对文件的共享、保护和存取控制等功能。
常见的文件系统包括FAT、NTFS（Windows操作系统）、EXT2/3/4（Linux操作系统）等。
文件系统通过将文件组织为目录树的结构，方便用户对文件进行管理和存取。
文件操作是文件系统的核心功能之一，包括文件的创建、删除、读取和写入等。
文件系统通过文件操作接口提供给用户对文件的操作和访问。
计算机操作系统 第二章 进程管理(2)
缺点：
（1）进程在等待进入临界区时也要耗费处理器时间， 不能实现“让权等待” （2）可能出现进程“饥饿”
2.3.2 信号量机制
新的同步工具——信号量和P、V操作。
信号量：是一种数据结构，代表可用资源实 体的数目。
信号量只能通过初始化和两个标准的原语： P（wait(S)）、V（(signal(S)）来访问。 P原语相当于进入区操作，V原语相当于退 出区操作。
AND同步机制
AND同步机制的基本思想是：进程运行时所 需要的所有资源，要么全部分配给它，使用完 毕后一起释放；要么一个都不分配给它。实现 时，采用原子操作：要么全部分配到所有资源， 要么一个也不分配到。 称AND型信号量P原语为：
Swait(Simultaneous wait)
V原语为Ssignal(Simultaneous signal)。
SP原语描述
Swait(S1,S2,„,Sn) /* SP原语描述 */ {while(1) {if(S1>=1&&S2>=1&&„&&Sn>=1) {for(i=1;i<=n;i++) Si--; /* 先确信可满足所有资源要求再减1操作 */ berak; } else /* 资源不够时 */ {将进程放入第一个信号量小于1的阻塞队列Si.sqeue; 将PC中的地址回退到SP开始处； 阻塞进程； } } }
第二章 进程管理（2）
2.3 进程同步
多进程并发执行时，由于资源共享或进程合 作，使进程间形成间接相互制约和直接相互制 约关系，这需要用进程互斥与同步机制来协调 两种制约关系。 进程同步的主要任务：协调进程执行次序， 使并发执行的诸进程间能有效地共享资源和相 互合作，使程序的执行具有可再现性。
操作系统进程管理
Process Management
处理机管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理机的 分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序。
通常把正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内 存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管 理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机 时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。
3、系统进程在管态下活动，而用户进程则在用户态 （目态）下活动。
另一种分类：计算进程，I/O进程等 注意：在UNIX系统中没有这样对进程进行分类。
动。 （4）在进程调度中，系统进程的优先级高于用
户进程。
2.5 进程的类型与区别
系统进程与用户进程的区别：
1、系统进程被分配一个初始的资源集合，这些资源 可以为它独占，也能以最高优先权的资格使用。用 户进程通过系统服务请求的手段竞争使用系统资源；
2、用户进程不能直接做I/O操作，而系统进程可以 做显示的、直接的I/O操作。
2.3进程的特征
5）结构特征：为能正确的执行并发，为每一个进程配置
了一个数据结构，称为进程控制块（PCB）。则一个进 程实体就由数据段、程序段、PCB三部分构成。
• 进程实体 = 数据段+程序段+PCB
PCB
私有 数据块
程 序 段
进程的结构
• 程序和进程不一定具有一一对应的关系。
2.4 与程序的区别
2、进程是一个独立的运行单位，能与其它进程并行（并 发）活动。而程序则不是。
3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进 行处理机调度的基本单位。
4、一个程序可以作为多个进程的运行程序，一个进程也 可以运行多个程序。
计算机操作系统中的进程管理和资源分配
计算机操作系统中的进程管理和资源分配计算机操作系统是计算机系统的核心组件之一，负责管理和控制计算机的各种资源，以及协调和执行用户程序。
在操作系统中，进程管理和资源分配是非常重要的功能模块，它们决定了计算机系统的性能和资源利用率。
本文将深入探讨计算机操作系统中的进程管理和资源分配的原理和方法。
一、进程管理进程是计算机执行中的一个程序实例，是操作系统进行任务调度和资源分配的基本单位。
进程管理主要包括进程的创建、撤销、调度和通信等功能。
1. 进程的创建进程的创建是指通过操作系统的调度机制，实现新进程的产生。
创建进程的方式主要有两种：静态创建和动态创建。
静态创建是在系统启动时预先定义好进程模板，然后通过复制模板来创建新进程。
而动态创建是在系统运行时，根据用户的请求动态生成新进程。
2. 进程的撤销进程的撤销是指在进程执行完毕或出现错误时，将进程从系统中清除。
撤销进程时，操作系统需要回收进程所占用的资源，并释放相关的系统数据结构。
撤销进程的方式一般有两种：正常撤销和非正常撤销。
正常撤销是进程执行完毕后自然结束的一种方式，而非正常撤销则是由于进程运行错误或系统故障等原因导致进程提前终止。
3. 进程的调度进程调度是指操作系统根据一定的策略，选择合适的进程执行。
常见的进程调度算法有先来先服务调度（FCFS）、短作业优先调度（SJF）、时间片轮转调度（RR）等。
不同的调度算法会对进程执行顺序产生影响，从而影响系统的响应时间和吞吐量。
4. 进程的通信进程通信是指不同进程之间进行数据交换和信息传递的过程。
进程通信可以通过共享内存、消息传递、管道等方式实现。
通过进程通信，不同的进程可以相互协作，共同完成复杂的任务。
二、资源分配资源分配是计算机操作系统中一个重要的功能模块，它负责将计算机的各种资源按照一定的策略分配给各个进程，以满足进程的需求。
1. 资源管理操作系统需要管理各种资源，包括处理器、内存、硬盘、IO设备等。
资源管理的目标是保证资源的高效利用和公平分配。
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。
操作系统的进程管理
二、进程的创建和管理
1、加载程序：操作系统从文件系统或网络位置加载程序到内存中。 2、创建进程：操作系统为新加载的程序创建一个新的进程。
二、进程的创建和管理
3、分配资源：操作系统为新进程分配必要的资源，如内存空间，寄存器和文 件描述符等。
4、初始化寄存器：操作系统的调度器初始化寄存器以准备开始执行。
七、死锁问题
总结来说，操作系统的进程管理是计算机系统运行的关键部分。它负责创建、 调度和终止进程，确保所有的程序都能得到执行，同时处理各种可能的并发问题 以确保系统的稳定和高效运行。
参考内容
内容摘要
操作系统是计算机系统的核心，负责管理和协调硬件和软件资源的运行。其 中，进程管理是操作系统中的一个重要部分，它负责创建，调度和终止进程。
六、进程同步和通信
六、进程同步和通信
在多道程序环境下，需要解决的一个关键问题是如何协调并发执行的各道程 序的活动，这称为进程同步。在并发系统中，各个进程并行执行并且可能会相互 影响。例如，两个进程可能共享一个文件或者一个数据库，因此需要某种机制来 同步对共享资源的访问。此外，进程间还需要一种通信机制来交换信息。信号量 （semaphore）和管程（monitor）是两种常用的同步和通信方法。
操作系统的进程管理
目录
01 一、进程的基本概念
03 三、进程调度
02
二、进程的创建和管 理
04 四、进程的终止
目录
05 五、进程状态和转换
07 七、死锁问题
06 六、进程同步和通信 08 参考内容
内容摘要
操作系统是计算机系统的核心，负责管理和协调硬件和软件资源的运行。其 中，进程管理是操作系统中的一个重要部分，它负责创建，调度和终止进程。
计算机操作系统课件02-1进程的基本概念
(4) 静止阻塞→活动阻塞。处于Blockeds状态的进程，若用激 活原语Active激活后，该进程将转变为Blockeda状态。
4．创建状态和终止状态
1) 创建状态
创建一个进程一般要通过两个步骤：首先，为一个新进程创 建PCB，并填写必要的管理信息；其次，把该进程转入就绪状 态并插入就绪队列之中。
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。
用结点(Node，用圆圈表示) 代表各程序段的操作，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。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
S1
S2
S3
(a) 程序的顺序执行
(b) 三条语句的顺序执行
→={(Pi，Pj)|Pi must complete before Pj may start} 如果(Pi，Pj)∈→，可写成Pi→Pj，称Pi是Pj的直接前趋，而称 Pj是Pi的直接后继 在前趋图中，把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node)， 把没有后继的结点称为终止结点(Final Node)。
当用挂起原语Suspend将该进程挂起后，该进程便转变为静止 就绪状态，表示为Readys，处于Readys状态的进程不再被调度 执行。
请求
释放
活动 阻塞
I/O
调度
活动 就绪
激活
挂起
执行
激活 挂起
静止 阻塞
释放
挂起
静止 就绪
图 2-6 具有挂起状态的进程状态图
《计算机操作系统》第2章 进程管理
2.1.3 进程的状态模型
新建
准许
准许
挂起
静止就绪
事件 发生
静止阻塞
激活 挂起
激活 挂起
活动就绪
事件 发生 活动 阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放
退出
பைடு நூலகம்
图2-8 有挂起态的七状态模型
在新的状态模型中，比较重要的新转换如下： ►（1）活动阻塞→静止阻塞：当内存紧张而系统中又没有就绪进程时，一个阻塞
态进程就会被挂起。
分派
进入
非运行
运行
退出
暂停 图2-3 两状态模型
2.1.3 进程的状态模型
2. 三状态模型
三状态模型中进程的三种基本状态如下：
►（1）就绪状态（Ready）。一个进程获得了除处理机之外所需的一切资源，一 旦得到处理机即可运行。在系统中，将处于就绪状态的多个进程的PCB组织成一 个队列，或按照某种规则排在不同的队列中，这些队列称为就绪队列。
2.1.3 进程的状态模型
3. 五状态模型
新建态
进入就 绪队列
运行态
被调 度 时间片
用完
就绪态
事件
发生
退出态 等待事件 阻塞态
图2-6 五状态模型图
►为便于进程管理，有必要增加一种有用的状态，我们称为新建态，对应于刚刚创建 的进程，操作系统还没有把它加入到就绪队列中，通常是进程控制块已经创建但还 没有加载到内存中的新进程。
►同样，进程从系统中退出时，也增加一种有用的状态，进程被终止直到释放PCB所 处的状态，我们称为退出态。
2.1.3 进程的状态模型
五状态模型中的状态转换：
►（1）空→新建：创建一个程序的新进程。
操作系统五大管理功能包括哪些
操作系统五大管理功能包括哪些操作系统是计算机系统中的核心软件之一，它负责管理和控制计算机硬件资源的分配和使用。
操作系统的功能非常多样化，其中包括了五大管理功能。
本文将详细介绍这五大管理功能，并探讨它们在操作系统中的具体应用。
一、进程管理功能进程是指计算机中正在执行的程序，它是操作系统中最基本的执行单位。
进程管理功能主要包括进程创建、终止、调度和同步等。
进程创建是指操作系统根据用户的请求创建新的进程，分配必要的资源给予进程，并为进程设置初始状态。
进程终止是指当进程执行完任务或者出现错误时，操作系统终止该进程并释放其占用的资源。
进程调度是指操作系统按照一定的调度算法，将CPU的使用权分配给多个进程，以实现多道程序并发执行。
进程同步是指操作系统通过各种同步机制，来协调多个进程间的访问和资源竞争，避免发生死锁或竞态条件等问题。
二、内存管理功能内存管理功能主要负责管理计算机的主存储器（即内存），以实现进程的有效存储和访问。
内存管理功能包括内存分配、地址映射和内存保护等。
内存分配是指操作系统根据进程的需要，分配合适大小的连续内存空间给予进程，并维护一个内存分配表来记录内存的使用情况。
地址映射是指操作系统将逻辑地址转换为物理地址，以实现进程对内存的访问。
内存保护是指操作系统通过硬件或软件技术，限制进程对受保护内存区域的读写操作，保护进程的安全性和稳定性。
三、文件管理功能文件管理功能是指操作系统对计算机中文件的组织、存储和使用的管理控制。
文件管理功能包括文件的创建、打开、读写、关闭和删除等。
文件的创建是指操作系统根据用户的请求，创建一个新的文件，并为其分配磁盘空间。
文件的打开是指操作系统根据用户请求，将文件从磁盘载入内存，以便用户对文件进行读写操作。
文件的读写是指操作系统管理用户对文件的读取和写入操作，并保证数据的完整性和安全性。
文件的关闭是指操作系统将文件从内存中释放，并关闭文件指针，使其不能再被访问。
文件的删除是指操作系统根据用户的请求，将文件从磁盘中删除，并释放其占用的存储空间。
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一、进程的创建 1.进程图
描述进程的家族关系的有向树
进程的创建
操作系统发现要求创建新进程的事件后，调用进程创建原语 Creat()创建新进程。
进程的创建过程：
申请空白PCB 为新进程分配资源 将新进程插入就绪队列
初始化进程控制块
2 进程控制
一、进程的创建 二、进程的终止 三、进程的阻塞与唤醒 四、进程的挂起与激活
3.进程唤醒过程 阻塞进程等待的事件发生，有关进程调用唤醒原语 wakeup()唤醒等待该事件的进程 把阻塞进程从等待该事件的阻塞队列中移出； 置进程状态为就绪态，将PCB插入到就绪队列中。
阻塞原语与唤醒原语作用相反，成对使用
2 进程控制
一、进程的创建 二、进程的终止 三、进程的阻塞与唤醒 四、进程的挂起与激活
的PCB
2 进程控制
一、进程的创建 二、进程的终止 三、进程的阻塞与唤醒 四、进程的挂起与激活
三、进程的阻塞与唤醒 1.引起进程阻塞和唤醒的事件
1)请求系统服务 2)启动某种操作 3)新数据尚未到达 4)无新工作可做
进程阻塞过程
调用阻塞原语阻塞自己； 阻塞，并加入阻塞队列；
将PCB中的状态改为 转进程调度。
四、进程的挂起与激活
当出现引起进程挂起的事件时，系统利用挂起原语suspend() 将指定进程或处于阻塞的进程挂起。 1.进程的挂起过程 检查被挂起进程的状态：
若处于活动就绪，则改为静止就绪； 若处于活动阻塞，则改为静止阻塞； 若挂起的进程正在执行，则重新进行进程调度。
当发生激活进程的事件时，系统利用激活原语active()将指定 进程激活。
进程的激活过程 1) 激活原语先将进程从外存调入内存； 2) 检查该进程的状态：
若为静止就绪，则改为活动就绪； 若为静止阻塞，则改为活动阻塞。
计算机操作系统 进程管理
进程管理
1 进程的基本概念 2 进程控制 3 进程同步 4 经典进程的同步问题 5 进程通信 6 线程
进程控制是对系统中的全部进程实施有效的管理，包括进程 创建、终止、进程阻塞和唤醒。
一、进程的创建 二、进程的终止 三、进程的阻塞与唤醒 四、进程的挂起与激活
二1、的非作进.123程引的)))终事法系止越 操父正 异 外起指件 统界 作进常 常 界进令干错员程结结干程等预误 或请束 束 预终；、 操求止；
进程的终止过程
找出被终止进程的PCB 若进程状态为运行态，置CPU调
度标志为真 若其有子孙进程，终止其子孙进程并回收
其资源
回收终止进程的资源 回收终止进程