6 进程和作业管理

撤销进程的实质：撤销PCB 具体操作：

1）找到要撤销进程的PCB； 2）从队列中撤销该进程及其所有子孙 进程； 3）释放资源，并撤销其PCB。

6.3.3 进程的挂起与恢复

1、进程挂起

挂起原语 将进程置于挂起状态——静止状态 激活原语 将进程由静止状态变为活动状态

2、激活进程
注意

(1) 分析进程间的制约关系，确定信号 量种类 (2) 信号量的初值与相应资源的数量有 关，也与P、V操作在程序代码中出现 的位置有关 (3)同一信号量的P、V操作要“成对” 出现，但在同步关系中它们分别在不同 的进程代码中


4、生产者-消费者问题

一个有代表性的进程同步问题

一组生产者进程和一组消费者进程通 过缓冲区发生联系 生产者进程将生产的产品送入缓冲区， 消费者进程则从中取出产品 假定缓冲区共有N个，我们不妨把它们 设想成一个环形缓冲池

注意：

(1) 用于实现互斥的P(mutex)和 V(mutex)，须成对出现，即先做P 操作，进临界区；后做V操作，出 临界区。 (2) 互斥信号量mutex的初值一般 为1。

3、用P、V原语实现进程间同步

示例1：
供者 … 000000 信息 (buf空 ) 缓冲区
用者 …… (buf满 )

1、进程互斥与临界区

由于资源共享关系而产生的进程之间 的制约关系 临界资源
一次只允许一个进程使用的资源 以互斥关系使用的共享资源



临界区

进程中访问临界资源的那段代码（程序）

临界资源的访问过程

(1) 进入区 (2) 临界区 (3) 退出区 (4) 剩余区
2、互斥的概念与要求

1) 顺序性 2) 唯一对应性 3) 封闭性：独占全机资源 4) 可再现性
2、程序的并发执行特征

程序的并发执行：是指一组在逻辑上相 互独立的程序或程序段在执行过程中其 执行时间在客观上互相重叠。
Ii+1 I2 C1 Ci Ci Ci+1 I3 C2 Pi Pi+1 I4 C3 C4 P3 P4

互斥：一次只允许一个进程使用临界资 源的进程之间的相互制约关系 同步机制遵循的原则


① 空闲让进：有效利用临界资源 ② 忙则等待：保证诸进程互斥访问临界 资源 ③ 有限等待：避免进程陷入“死等” ④ 让权等待：避免进程陷入“忙等”

6.4.2 进程同步

异步 进程的同步：是指进程之间直接的协 同工作关系，是一些进程相互合作， 共同完成一项任务。 例：(p146) 从广义上说，互斥也是一种同步关系

P1 P2 P4 P5 P3 P6

进程控制 运行方式 资源共享

6.2 进程的结构
6.2.1 进程的实体（组成）

进程实体通常由程序、数据集合和 进程控制块(PCB)这三部分组成 PCB 程序部分 数据集合
6.2.2 进程控制块

1、进程控制块（PCB）

记录型数据结构 是OS为了反映进程的动态特性，便 于系统控制和描述进程的活动过程 而专门定义的一种数据结构 PCB是进程存在的唯一标志
Pj1
Pj2
…… …
Pjn

创建进程的主要任务：为进程建立 一个进程控制块（PCB）。

具体步骤：

1) 申请一空闲PCB； 2) 在PCB中填入相关信息——初始 化； 3) 将该进程置为就绪状态——分配 除CPU以外的其它资源； 4) 将PCB插入到就绪队列中——等 待调度获得CPU。



2、进程撤销

2) 并发性 3) 独立性 4) 制约性 5) 结构性
4、进程的类型

1) 系统进程和用户进程

管态/系统态 目态/用户态 在管态下执行的进程称为系统进程 在目态下执行的进程称为用户进程 区别：系统资源；I/O操作；活动状 态

2) 父进程和子进程

系统或用户首先创建的进程称为父进程 在父进程下面的进程称为子进程 进程族 父、子进程的关系：

1、进程的基本状态

1) 运行态

正在处理机上执行时的状态 具备运行条件等待获得CPU 进程因等待某种事件发生而暂时不能 运行的状态

2) 就绪态


3) 阻塞态(等待态)

2、进程状态的转换
a.新—就绪 b.就绪—运行 c.运行—阻塞 d.运行—就绪 e.运行—终止 f.阻塞—就绪
6.3 进程的控制
6.2.3 进程队列

1、线性方式

预先确定整个系统中同时存在的 进程的最大数目 静态分配空间 问题：


限定了系统中同时存在的进程的最 大数目 降低了调度效率


2、链接方式

按照进程的不同状态分别放在不 同的队列中，通过PCB结构内部 的拉链指针把同一队列的PCB链 接起来
6.2.4 进程的状态
I1 Ii
Ii
P1 P2 Pi 程序段并发执行的有向图

程序并发执行的特征：

1) 并发性 2) 动态性 3) 开放性——不可再现 4) 相互制约性
“执行—暂停—执行” 例如：

Ii Ci
Ci-1
3、进程的定义及其特征

进程的定义：

进程是程序在并发环境中的执行 过程。 是系统进行资源分配和调度的一 个独立单位。

PCB的信息内容

1) 进程名 2) 标识码 3) 进程的优先数 4) 位置信息 5) 状态信息

6) 现场信息 7) 通信信息 8) 占用资源 9) 其他
2、PCB的作用

① 记录进程的各种信息； ② 是进程存在的唯一标识； ③ 使程序成为一个能独立运行的 基本单位。



4、唤醒进程

唤醒原语将进程从阻塞状态转换成 就绪状态。 具体操作：


1）在等待队列中找到该进程，置其当 前状态为就绪状态； 2）将进程从等待队列中撤消，并插入 到就绪队列中，等待调度。

说明

进程由执行状态到阻塞状态，是进 程自己调用阻塞原语完成； 进程由阻塞状态到就绪状态，是另 一个发现者进程调用唤醒原语实现 的； 一般这个发现者进程是与被唤醒进 程合作的共行进程。

设有4个信号量：S1，S2，S3，S4，其 中，S2、S3分别表示缓冲区Bufferl和 Buffer2是否装满数据；S1、S4分别表 示缓冲区Bufferl和Buffer2是否为空。

初值分别为：S1=1；S2=0；S3=0；S4=1
进程copy 进程put 进程get … … … P(S2)； P(S3)； P(S1)； P(S4)； 将Buffer2内 从输入设备读数 据存入Buffer1； 将Buffer1的内容 容打印输出； 复制到Buffer2； V(S4)； V(S2)； V(S1)； … … V(S3)； …


out
使用方向 N-2 N-1 … … 3 2 0 1 in 供应 方向

有斜线的部分表示该缓冲区放有产品，否 则为空。in表示生产者下次存入产品的单元， out表示消费者下次取出产品的单元

同步条件：

① 生产者存放产品的单元数不能超过缓 冲区的总容量(N)； ② 消费者取出产品的总量不能超过生产 者生产产品的总量。


in和out分别是生产者进程和消费者进 程使用的指针，指向下面可用的缓冲 区，初值都是0。

设置三个信号量：两个计数信号量full和 empty，一个互斥信号量mutex。


(1) 信号量的值减1，即S=S-1； (2) 如果 S≥0 ，则该进程继续执行；若 S<0，则该进程被阻塞，并将其PCB插入 S信号量的队列中等待，直到有其它进程 在S上执行V操作为止。

V(S)顺序执行以下两个动作：

(1) S值加1，即S=S+1； (2) 如果 S ＞ 0 ，则该进程继续运行； 若S≤0，释放S信号量队列上的一个 等待进程，使之进入就绪队列；然 后，执行本操作的进程继续执行。

设S1和S2的初值均为0 用者进程
L2：… … P(S2)； 从缓冲区取出信息 V(S1)； 加工并存盘 goto L2；
供者进程
L1：启动读卡机 … … 收到输入结束中断 V(S2)； P(S1) goto L1；

示例2
get S1 S2 Buffer1
copy S4
put S3
Buffer2
说明

信号量S的值表示某类资源的数量。 S>0，表示尚有资源可以分配； S<0，其绝对值表示等待队列中进程 的数目。 每执行一次P操作，意味着要求分配 一个资源； 每执行一次V操作，意味着释放一个 资源。



公用信号量：通常用于实现进程之 间的互斥，初值为1，它所联系的一 组进程均可对其实施P、V操作。 私用信号量：一般用于进程间的同 步，初值为0或为某个正整数n，仅 允许拥有它的进程对其实施P、V操 作。 Biblioteka 3、进程睡眠（阻塞）
阻塞原语把进程从执行状态转换为 阻塞状态 引起阻塞的可能原因：


1）请求系统服务； 2）启动设备操作； 3）新数据尚未到达； 4）无新工作可做。

具体操作：

1）中断CPU执行； 2）把CPU的当前状态保存到PCB的现 场信息中； 3）把进程的当前状态置为等待/阻塞 状态； 4）将进程的PCB插入到该事件的等待 队列中。