操作系统进程管理

操作系统进程管理操作系统进程管理之总预览（零）处理机管理的主要任务是对处理机的分配和运行实时有效的管理，从传统意义上将，进程是处理机和资源分配的基本单位，因此对处理机的管理可以归纳为对进程的管理。

1、进程的概述2、进程的定义及特征3、进程的状态及描述4、进程控制5、进程同步6、进程通信7、进程调度8、线程9、死锁零测试操作系统进程管理之进程的概述（一）在计算机操作系统中，进程是资源分配的基本单位，也是独立运行的基本单位。

1、引入进程的原因a)在现代计算机操作系统中，内存中通常存放多道程序，这些程序并发执行，为了描述并发程序执行时的特征，引入了进程这个概念。

2、前趋图的定义a)前趋图是一个有向无循环图，用于描述程序、程序段或语句执行的先后次序，每个结点可以表示一个语句、一个程序段或一个进程，结点间的有向边表示两个结点之间存在的前趋关系 ；b)直接前驱：如果Pi->Pj，则称Pi是Pj的直接前驱；c)直接后继：如果Pi->Pj，则称Pj是Pi的直接后继；d)前驱：如果Pi->Pj…->Pk->Pm，则称Pi是Pk的前驱；e)后继：如果Pi->Pj…->Pk->Pm，则称Pk是Pi的后继；f)初始结点：没有前驱的结点称为初始结点（Pi）；g)终止结点：没有后继的结点称为终止结点（Pm）。

3、程序的顺序执行a)定义：一个程序通常由若干个操作组成，这些操作必须按照某种先后次序执行，仅当前一个操作执行完成后才能执行后继操作，这类计算过程就是程序的顺序执行过程。

b)特征：i.顺序性：处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，只有当上一个操作完成后，下一个操作才能开始执行；ii.封闭性：程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素影响；iii.可再现性：只要程序执行时的初始条件和执行环境相同，当程序重复执行时，都将获得相同的结果。

4、程序的并发执行a)定义：程序的并发执行是指若干个程序或程序段同时在系统中运行，这些程序或程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序或程序段的执行尚未结束，另一个程序或程序段的执行已经开始。

b)特征：i.间断性：程序在并发执行时，由于它们共享资源或为完成同一项任务而相互合作，致使并发程序之间形成了相互制约关系。

这种相互制约关系将导致并发程序具有“执行-暂停-执行”这种间断性的活动规律；ii.失去封闭性：程序在并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行失去封闭性；iii.不可再现性：程序并发执行时，由于失去了封闭性，也将导致失去其运行结果的可再现性。

5、程序并发执行的条件a)定义的表示法：i.R(Pi)={a1,a2,…,am}表示程序段Pi在执行期间要引用的所有变量的集合，称为读集；ii.W(Pi)={b1,b2,…,bn}表示程序段Pi在执行期间要改变的所有变量的集合，称为写集。

b)并发执行的条件i.R(P1)与W(P2)的交集为空；ii.R(P2)与W(P1)的交集为空；iii.W(P1)与W(P2)的交集为空。

零测试操作系统进程管理之进程的定义及特征（二）在多道程序环境下，程序的并发执行出现了许多新的特征，程序这个静态概念已经不能如实地反映程序活动的这些特征，为此引入了描述并发程序执行时的特征的概念----进程。

1、进程的定义a)进程是程序在处理机上的一次执行过程；b)进程是可以和别的计算并行执行的计算；c)进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进程资源分配和调度的一个独立单位；d)进程是一个具有一定功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。

e)进程是由程序段、数据段和一个进程控制块组成。

2、进程的特征a)动态性：进程是程序在处理机上的一次执行过程，因而是动态的；b)并发性：多个进程实体同时存在于内存中，在一段时间内并发执行；c)独立性：进程是能独立运行的基本单位，也是系统进程资源分配和调度的独立单位；d)异步性：系统中的各进程以独立的、不可预知的速度向前推进；e)结构性：从结构上看，进程由程序段、数据段和一个进程控制块组成。

3、进程与程序的区别a)进程是动态的，程序是静态的：进程是程序的一次执行过程，程序是一组代码的集合；b)进程是暂时的，程序是永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可以长久保存；c)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；d)进程与程序是密切相关：通过多次执行，一个程序可以对应多个进程，通过调用关系，一个进程可以包括多个程序，是多对多的关系。

零测试操作系统进程管理之进程的状态及描述（三）为了刻画进程的动态特征，可以将进程的生命期划分为一组状态，用这些状态来描述进程的活动过程。

1、进程的状态a)创建状态：进程刚被创建尚未放入就绪队列；b)执行状态：进程获得必要的资源并正在处理机上执行（处于执行状态的进程数目不能大于处理机数目）；c)就绪状态：进程已获得除处理机外的所有资源，一旦获得处理机就可以立即执行，又称活动就绪扎un改天；d)阻塞状态：进程因等待某事件的发生（IO输入输出）而暂时无法执行下去，又称活动阻塞状态；e)挂起就绪：如果一个进程原来处于执行状态或活动就绪状态，此时可因挂起命令而由原来状态变为挂起就绪状态，直到激活命令才能把它重新变为活动就绪状态f)挂起阻塞：如果一个进程原来处于活动阻塞状态，它可因挂起命令而变为挂起阻塞状态，直到激活命令才能把它重新变为活动阻塞状态；g)终止状态：进程已结束运行，释放了除进程控制块之外的其他资源，此时进程所处的状态为终止状态。

处于终止状态的进程不能再被调度执行，当系统收回其进程控制块后，该进程将从系统中消失。

又称为退出状态。

2、状态的转换a)就绪状态->执行状态：进程调度；b)执行状态->活动就绪状态：CPU时间片用完；c)执行状态->活动阻塞状态：等待时间（输入输出等操作）；d)活动阻塞状态->活动就绪状态：时间发生（输入输出等操作完成）；e)创建状态->活动就绪状态：创建之后接纳该进程；f)执行状态->终止状态：完成了该进程；g)活动阻塞状态->挂起阻塞状态：挂起命令；h)挂起阻塞状态->活动阻塞状态：激活命令；i)活动就绪状态->挂起就绪状态：挂起命令；j)挂起就绪状态->活动就绪状态：激活命令；k)执行状态->挂起就绪：挂起命令。

3、进程控制块a)进程控制块的定义：i.程序和数据都是静态的文本，无法反映进程执行过程的动态特征，因此还需要一个数据结构来描述进程的当前状态、对资源的占用以及调度信息等，这就是进程控制块；ii.进程控制块（Process Control Block，PCB）是进程实体的一部分，为了描述进程并对进程进行有效的控制和管理，系统为每个进程设置了PCB，PCB是系统中进程存在的唯一标志。

b)进程控制块的结构：i.进程标识符：唯一标识进程的一个标识符或整数，由系统为进程分配；ii.进程当前状态：说明进程当前的状态，作为进程调度程序分配处理机的依据；iii.进程队列指针：用于记录PCB队列中下一个PCB的地址，系统中的PCB可以组织成多个队列，如就绪队列、阻塞队列等；iv.程序和数据地址：指出进程的程序和数据在内存或外存中的存放地址；v.进程优先级：反映进程获得CPU的优先级，优先级高的进程可以优先获得处理机；vi.CPU现场保护区：当进程因某种原因释放处理机时，CPU现场保护信息被保存在PCB的该区域中，以便在进程重新获得处理机后能恢复执行；vii.通信信息：记录进程在执行过程中与其他进程所发生的信息交换情况；viii.家族关系：进程与子进程形成的进程家族树；ix.资源清单：列出进程所需资源以及当前已分配的资源。

c)进程控制块的组织方式：为了方便进程的调度和管理，需要将各进程的PCB用适当的方法组织起来，目前常用的有如下：i.链接方式：是将同一状态的PCB通过指针链接成一个队列，不同状态对应多个不同的队列，如就绪队列、阻塞队列等，在单CPU的系统中执行状态的进程只有一个；ii.索引方式：是将同一状态的进程组织在一个索引表中，索引表的表象指向响应的进程控制块，不同状态对应不同的索引表，如就绪索引表、阻塞索引表等。

零测试操作系统进程管理之进程控制（四）进程是系统中活动的实体，进程控制包括进程的创建、撤销以及进程状态的转换。

1、进程控制概述a)操作系统内核的定义：在现代操作系统设计中，往往把一些与硬件紧密相关的模块或运行频率较高的模块以及为许多模块所公用的一些基本操作安排在靠近硬件的软件层次中，并使它们常驻内存，以提高操作系统的运行效率，这就是操作系统内核。

b)进程控制的职责：是对系统中所有进程实施有效的管理，其功能包括进程创建、进程撤销、进程阻塞与唤醒等。

c)进程控制的原语：进程控制功能是通过执行各种原语实现的，原语是由若干条机器指令构成的一段程序，用以完成特定功能，这段程序在执行期间不可分割。

i.进程创建原语：主要功能是创建一个新进程；ii.进程撤销原语：主要功能是撤销一个进程；iii.进程阻塞原语：主要功能是将进程由执行状态转变为阻塞状态；iv.进程唤醒原语：主要功能是将进程由阻塞状态转变为就绪状态；v.进程挂起原语：主要功能是将就绪、阻塞以及执行状态的进程挂起；vi.进程激活原语：主要功能是将挂起的进程激活d)进程图的定义：进程图又称为进程树或进程家族树，是描述进程家族关系的一颗有向树。

结点就代表进程，通过一个结点可以生成多个结点，就是说一个进程可以创建多个子进程或者子子进程，树的根结点称为进程家族的祖先。

e)进程的执行状态i.核心态：又称管态、系统态，是操作系统管理程序执行时机器所处的状态，这种状态具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有的寄存器和存储区。

ii.用户态：又称目态、是用户程序执行时机器所处的状态，这种状态具有较低的特权，只能执行规定的指令，访问指定的寄存器和存储区。

2、进程创建原语a)引起进程创建的事件：i.调度新作业：作业一般保存在磁带或磁盘上，当作业调度程序选中某个作业时，便为该作业创建进程，分配必要的资源，然后将新创建的进程加入到就绪队列中；ii.用户登录：在交互式系统中，当用户登录进入系统时，操作系统要建立新进程，负责接收并解释用户输入的命令；iii.操作系统提供服务：当运行中的用户程序向系统提出某种请求时，操作系统会创建进程来完成用户程序所需要的服务功能；iv.应用请求：应用程序可以根据需要在本进程的基础上，创建子进程使其与父进程并发执行，以完成特定的任务。

b)创建进程的过程：i.向系统申请一个空闲PCB（Process Control Block，进程控制块）；ii.为新进程分配资源；iii.初始化新进程的PCB；iv.将新进程的PCB插入就绪队列。