操作系统进程讲解

➢ 程序是静态的，进程是动态的; ➢ 进程具有并行特性，而程序没有 ➢ 进程是竞争计算机资源的基本单位，从而
其并行性受到系统的控制，也就是对进程 独立性和异步性的限制 ➢ 不同的进程可以包含同一程序，只要该程 序所对应的数据集不同，即程序的两次执 行对应不同的进程
3. 进程的特征
➢ 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，
运行
就绪
等待
图2－4 进程的状态及其转换
进程状态转换条件
在进程运行过程中，由于自身进展情况 及外界环境的变化，这三种基本状态可以依 据一定的条件相互转换： 就绪 --> 运行 ➢ 调度程序选择一个新的进程运行 运行 --> 就绪 ➢ 运行进程用完了时间片 ➢ 运行进程被中断，因为一高优先级进程处
于就绪状态
进程状态转换条件（续）
运行 --> 阻塞
当一进程必须等待时 ➢ OS尚未完成服务 ➢ 对一资源的访问尚不能进行 ➢ 初始化I/O 且必须等待结果 ➢ 等待某一进程提供输入 (IPC)
阻塞 --> 就绪
➢ 当所等待的事件发生时。 由于执行的进程变为阻塞状态后，调度程序立即把 处理机分配给另一个就绪进程；因此，阻塞进程的 事件消失后，进程不会立即恢复到执行状态，而转 变为就绪状态，重新等待处理机
进程是动态产生，动态消亡的，进程在其生命周期内，在三种基本 状态之间转换
➢ 并发性：任何进程都可以同其他进程一起向前推进
➢ 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资 源和调度的独立单位；进程在获得必要的资源后便可运行
➢ 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进 程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
2.1.3 程序并发执行及特征
并发的含义： 在一定时间内物理机器上有两个或两
个以上的程序同处于开始运行但尚未结 束的状态，并且次序不是事先确定的。 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，执行时间在客 观上相互重叠
2. 程序的并发执行
在对一批程序进行处理时，可以并发执行。例 如，输入、计算、打印三个程序对一批作业进 行处理时，存在以下的前趋关系：
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
2.1.1程序的顺序执行及特征
1. 基本概念
在计算机系统中只有一个程序在运行，这个 程序独占系统中所有资源，其执行不受外 界影响。通常一个程序可分成若干个程序 段，它们必须按照某种先后次序执行，仅
当前一操作执行后，才能执行后继操作。
程序的顺序执行（续）
例如：进行计算。I:输入操作 C:计算操作 P:打印操作。在进行 计算时，总是先输入用户的程序和 数据，然后进行计算，最后将结果 打印出来。
2.语句的顺序执行
S1：a:=x+y S2：b:=a-5 S3：c:=b+1
如下图，语句S2必须在a被 赋值后才能执行；S3也只能在b 被赋值后才能执行。
✓ 间断性：程序并发执行时，由于它们共享资源或 程序之间相互合作完成一项共同任务，因而使程 序之间相互制约。
✓ 失去封闭性：多个程序共享系统中的资源，只是 程序的运行已失去了封闭性。
✓ 通信性：对于相互合作的程序，为了更有效地协 调运行，相互之间进行通信。
4.Berstein条件
1.语句i的读集R(pi)和写集W(Pi)
图 2-2 并发执行时的前趋图
Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以并发执行。
S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b
图 2-3 四条语句的前趋关系
3.程序的并发执行的特征
✓ 不可再现性：由于程序的并发执行，打破了由另 一程序独占系统资源的封闭性，因而破坏了可再 现性。
2.1.2.前趋图
➢ 为了描述一个程序的各部分(程序段或语句)间的依赖 关系，或者是一个大的计算的各个子任务间的因果关 系，我们常常采用前趋图方式。
➢ 前趋图是一个有向无循环图 ➢ 如：
前趋图（续）
前趋图中的每个结点可以表示一条语句、 一个程序段或进程，结点间的有向边表示 两个结点之间存在的偏序(Partial_Order) 或前趋关系(Precedence_Relation)“→” ＝{(Pi,Pj)|在Pj开始前Pi必须完成}如果 (Pi,Pj)∈→，可写成Pi→Pj，Pi是Pj的 直接前趋，Pj是Pi的直接后继。前趋图中 必须不存在循环，如下图不是前趋图。
➢ 结构特征：为了控制和管理进程，系统为每个进程设立一个进程控 制块－ PCB。
4.进程的状态及其演变
运行中的除CPU以外的所有必要 资源时，它便处于就绪状态，一旦获得CPU，便立 即执行。
➢ 执行状态：已获得CPU的进程进入执行状态
➢ 阻塞状态：正在执行的进程，由于发生某个事件而 暂时无法执行时，便放弃处理机而进入阻塞状态
例：C=A-B W=C-1 R(C=A-B)={A,B} W(C=A-B)={C} R(W=C-1)={C} W(W=C-1)={C}
2.Berstein条件: R(P1)∩W(P2) ∪ R(P2) ∩ W(P1) ∪ W(P1) ∩ W(P2)={ } 即：读写互斥、写写互斥、读读不互斥
3. 说明：多个进程之间不引入控制，若要并发执行，必满足该 条件（能够解决并发执行时的不可再现问题）。不满足这 个条件的两个进程引入控制后也可以并发执行。
3.程序的顺序执行的特征
➢ 顺序性：一个程序的各个部分的执行，严 格地按照某种先后次序执行；
➢ 封闭性：程序在封闭的环境下运行，即程 序运行时独占全部系统资源；
➢ 可再现性：只要程序执行时的环境和初 始条件相同，当程序重复执行时，不论它 是从头到尾不停顿地执行，还是“停停走 走”地执行，都将获得相同的结果。
2.1.4 进程的特征与状态
1.进程的概念
➢进程是程序的一次执行 ➢ 进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的 一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单 位 ➢ 进程是可与其他程序并发执行的程序，在一个数据 集合上的运行过程。它是系统进行资源分配和调度的 一个独立单位。
2. 进程与程序的区别