计算机操作系统课件资料
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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 管程机制 2.6 进程通信 2.7 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 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。 S1: a ∶=x+y; S2: b ∶=a-5; S3: c ∶=b+1;
第二章 进 程 管 理
每个结点还具有一个重量(Weight)，用于表示该结点所 含有的程序量或结点的执行时间。
Ii→Ci→Pi和S1→S2→S3
P2
P5
S1
P1
P3
P8
P9
P6
S2
P4 S3
P7
(a) 具有九个结点的前趋图
图 2-2 前趋图
(b) 具有循环的前趋图
第二章 进 程 管 理
对于图 2-2(a)所示的前趋图， 存在下述前趋关系： P1→P2, P1→P3, P1→P4, P2→P5, P3→P5, P4→P6, P4→P7, P5→P8, P6→P8, P7→P9, P8→P9
P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9} →={ (P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7),
(P5, P8), (P6, P8), (P7, P9), (P8, P9)} 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-2(b)中却有着
→={(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)。
S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b
第二章 进 程 管 理
S1
S3
S4
S2
图 2-4 四条语句的前趋关系
第二章 进 程 管 理
2. 程序并发执行时的特征 1) 间断性 2) 失去封闭性 3) 不可再现性
例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程 序A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一次 时， 都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程序A和 B以不同的速度运行。
第二章 进 程 管 理
2. 进程的三种基本状态 1) 就绪(Ready)状态 2) 3) 阻塞状态
第二章 进 程 管 理
I/ O完成
就绪 时间 片完
进程 调度
阻塞
执行
I/ O请求
图 2-5 进程的三种基本状态及其转换
第二章 进 程 管 理
3. 1) 引入挂起状态的原因 (1) 终端用户的请求。 (2) 父进程请求。 (3) 负荷调节的需要。 (4) 操作系统的需要。
(1) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分 别为n+1, n+1, 0。
(2) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分 别为n, 0, 1。
(3) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分 别为n, n+1, 0。
第二章 进 程 管 理
第二章 进 程 管 理
2) 进程状态的转换 (1) 活动就绪→静止就绪。 (2) 活动阻塞→静止阻塞。 (3) 静止就绪→活动就绪。 (4) 静止阻塞→活动阻塞。
第二章 进 程 管 理
请 求 I/O
释放
活动 阻塞
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
第二章 进 程 管 理
2.1.5 进程控制块
1. 进程控制块的作用
进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能 独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单 位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是 根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。
பைடு நூலகம்
第二章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息 1) 进程标识符用于惟一地标识一个进程。一个进程通常
第二章 进 程 管 理
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
图 2-1 程序的顺序执行
第二章 进 程 管 理
2. 程序顺序执行时的特征 (1) 顺序性： (2) 封闭性： (3) 可再现性：
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)或前趋关系(Precedence Relation)“→”。
S2→S3, S3→S2
第二章 进 程 管 理
2.1.3 程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
图 2-3 并发执行时的前趋图
第二章 进 程 管 理
Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的，亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以 并发执行。
(1) 内部标识符。在所有的操作系统中，都为每一个进 程赋予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。
2.1.4 进程的特征与状态
1. 进程的特征和定义 1) 结构特征 2) 动态性 3) 并发性 4) 5) 异步性
第二章 进 程 管 理
(1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动。 (3) 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系 统进行资源分配和调度的一个独立单位。 在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的 进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行 资源分配和调度的一个独立单位”。
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 管程机制 2.6 进程通信 2.7 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 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。 S1: a ∶=x+y; S2: b ∶=a-5; S3: c ∶=b+1;
第二章 进 程 管 理
每个结点还具有一个重量(Weight)，用于表示该结点所 含有的程序量或结点的执行时间。
Ii→Ci→Pi和S1→S2→S3
P2
P5
S1
P1
P3
P8
P9
P6
S2
P4 S3
P7
(a) 具有九个结点的前趋图
图 2-2 前趋图
(b) 具有循环的前趋图
第二章 进 程 管 理
对于图 2-2(a)所示的前趋图， 存在下述前趋关系： P1→P2, P1→P3, P1→P4, P2→P5, P3→P5, P4→P6, P4→P7, P5→P8, P6→P8, P7→P9, P8→P9
P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9} →={ (P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7),
(P5, P8), (P6, P8), (P7, P9), (P8, P9)} 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-2(b)中却有着
→={(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)。
S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b
第二章 进 程 管 理
S1
S3
S4
S2
图 2-4 四条语句的前趋关系
第二章 进 程 管 理
2. 程序并发执行时的特征 1) 间断性 2) 失去封闭性 3) 不可再现性
例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程 序A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一次 时， 都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程序A和 B以不同的速度运行。
第二章 进 程 管 理
2. 进程的三种基本状态 1) 就绪(Ready)状态 2) 3) 阻塞状态
第二章 进 程 管 理
I/ O完成
就绪 时间 片完
进程 调度
阻塞
执行
I/ O请求
图 2-5 进程的三种基本状态及其转换
第二章 进 程 管 理
3. 1) 引入挂起状态的原因 (1) 终端用户的请求。 (2) 父进程请求。 (3) 负荷调节的需要。 (4) 操作系统的需要。
(1) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分 别为n+1, n+1, 0。
(2) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分 别为n, 0, 1。
(3) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分 别为n, n+1, 0。
第二章 进 程 管 理
第二章 进 程 管 理
2) 进程状态的转换 (1) 活动就绪→静止就绪。 (2) 活动阻塞→静止阻塞。 (3) 静止就绪→活动就绪。 (4) 静止阻塞→活动阻塞。
第二章 进 程 管 理
请 求 I/O
释放
活动 阻塞
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
第二章 进 程 管 理
2.1.5 进程控制块
1. 进程控制块的作用
进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能 独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单 位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是 根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。
பைடு நூலகம்
第二章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息 1) 进程标识符用于惟一地标识一个进程。一个进程通常
第二章 进 程 管 理
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
图 2-1 程序的顺序执行
第二章 进 程 管 理
2. 程序顺序执行时的特征 (1) 顺序性： (2) 封闭性： (3) 可再现性：
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)或前趋关系(Precedence Relation)“→”。
S2→S3, S3→S2
第二章 进 程 管 理
2.1.3 程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
图 2-3 并发执行时的前趋图
第二章 进 程 管 理
Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的，亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以 并发执行。
(1) 内部标识符。在所有的操作系统中，都为每一个进 程赋予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。
2.1.4 进程的特征与状态
1. 进程的特征和定义 1) 结构特征 2) 动态性 3) 并发性 4) 5) 异步性
第二章 进 程 管 理
(1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动。 (3) 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系 统进行资源分配和调度的一个独立单位。 在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的 进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行 资源分配和调度的一个独立单位”。