2进程的描述与控制

2.1.2 进程的基本状态及转换
1．进程的三个基本状态
进程的三个基本状态分别是：就绪状态、运行状态、阻塞状态。 进程的三个基本状态之间的转换，可用最基本的三态模型来描述， 如图2.1所示。
图2.1 进程的三个基本状态及其转换
2.1.2 进程的基本状态及转换（续）
就绪状态（ready） 进程在内存中已经具备执行的条件，等待分配处理器。 一旦被分配处理器，进程立刻执行。一个进程在创建后处 于就绪状态。如果一个系统有多个进程都处于就绪状态， 这些处于就绪状态的进程以队列方式进行组织，这样的队 列为就绪队列。 运行状态（running） 进程已经被分配处理器并正在执行。在单处理器系统中， 一个时刻只有一个进程处于运行状态。 阻塞状态（blocked） 当正在运行的进程由于发生某事件，如：请求并等待输 入/输出过程的完成、等待进程通信之间的进程到来或进 程同步之间的进程到来等，而受到阻塞不能继续执行时， 便需要放弃处理器，从运行状态转换到阻塞状态。如果一
2.1.3 具有挂起功能的进程状态和转换（续）
在操作系统中引入进程挂起后，进程的状态发生了变化。进程 的状态有：新建状态、就绪状态、挂起就绪状态、运行状态、阻 塞状态、挂起阻塞状态、结束状态，如图2.3所示。
图2.3 引入挂起后的进程状态转换
2.1.3 具有挂起功能的进程状态和转换（续）
如果就绪状态的进程被挂起，则进程的状态转换为 挂起就绪状态。处于挂起就绪状态的进程一旦被激活， 从挂起就绪状态转换为就绪状态。 如果阻塞状态的进程被挂起，则进程的状态转换为 挂起阻塞状态。如果挂起阻塞状态的进程被激活，则进 程的状态转换为阻塞状态。如果挂起阻塞状态的进程到 阻塞的事件或I/O过程完成，被唤醒，则进程的状态转 换为挂起就绪状态，仍然被挂起。 引入挂起后，当进程新建后，如果内存足够，则进 入就绪状态；如果没有足够的内存空间，则转入到挂起 就绪状态。 所有被挂起的进程只有被激活后才能由外存到内存，
I1
C1 P12.1.1 进程的引入(续)
• 程序顺序执行特征： 顺序性：程序各程序段严格按照规定的顺序执行。 封闭性：程序运行时独占全部资源，机内各资源只受该程序控 制而改变，执行中和执行的结果不受外界因素影响。 可再现性：只要程序执行环境和初始条件相同，程序多次执行， 可获得相同结果。
2.1.2 进程的基本状态及转换（续）
进程的基本状态是对进程动态过程的简单描述。为了更加详细 的描述进程状态，需要考虑进程的创建和终止两个状态。具有创 建和终止状态的进程状态及状态转换如图2.2所示。
图2.2 具有创建和结束状态的进程状态及其转换
2.1.2 进程的基本状态及转换（续）
新建状态 新建状态是指操作系统创建进程时，进程所处的状态。 进程相关的管理表格都初始化好了，但对应的程序在外存 中，没有在内存为分配空间。 终止状态 进程达到了结束点或进程出现了严重的错误时，会被操 作系统终止或被其他有终止权的进程终止。 进入终止状态的进程不再被执行，等待操作系统完成进 程终止处理。当操作系统完成进程终止处理后，操作系统 会删除进程，收回进程所占用的资源。
2.1.2 进程的基本状态及转换（续）
进程状态之间的转换有如下几种形式： 就绪状态→运行状态：当处理器空闲时，操作系统的进程调 度程序会从就绪队列中选中一个就绪进程并分配给处理器， 此时，进程的状态便从就绪状态转换到运行状态。
运行状态→阻塞状态： 当正在运行的进程由于需要等待某些 事件的发生时，其状态需要从运行状态转换为阻塞状态。
2.1.1 进程的引入(续)
四个上述三个程序段类的作业并发执行的前趋图如下图所示:
I1
I2
I
3
I
4
C
1
C
2
C
3
C
4
P
1
P
2
P
3
P
4
T
. t1
. t2
. t3
. t4
. t5
. t6
例：观察者/报告者
观察者： begin repeat wait a car go through N=N+1；
until end 初始N=n时不同执行序列： N=N+1； Print N； Print N ； N=0 ； N=0 ； N=N+1 ； 结果各不相同: 打印n+1，N=0； 打印n，N=1；
内容
本章的主要内容如下： 进程描述 进程控制 前趋图与进程 UNIX操作系统的进程描述与控制 线程的描述与控制 Solaris操作系统中的线程
2.1 进 程 描 述
2.1.1 进程的引入
（1） 程序顺序执行与特征
• 一个较大的程序通常都由若干个程序段组成，程序在执行 时，各程序段必须按照先后次序逐个执行。程序各程序段 先后执行次序关系可用前趋图表示。 • 前趋图是一个有向无循环图，图由结点和结点间有向边组 成，结点代表各程序段操作，而结点间的有向边表示两程 序段操作之间存在的前趋关系（“→”）。两程序段Pi和 Pj的前趋关系表示成Pi → Pj，Pi是Pj的前趋，Pj是Pi的 后继。下图两个程序顺序执行，每个程序分3个功能段
2.1.1 进程的引入(续)
（3）进程的引入 • 为什么引入进程
通道技术 中断技术 多道程序设计技术
程序并发执行
并发执行出现新的特征，沿用程序的概念已经无法 分析、处理和解释这些现象
2.1.1 进程的引入(续)
•
基于上述原因，所以必须引入新的概念-进程来描述程 序的并发执行。进程这一术语最早由麻省理工学院著名 的操作系统MULTICS中提出。 • 进程定义：“可并发执行的、具有独立功能的程序在 一个数据集合上的运行过程，是操作系统进行资源分配 和调度的基本单位”。 • 进程的特征(进程与程序的区别): 动态性：动态性是进程的最基本特征，它是程序执行过程， 它是有一定的生命期。它由创建而产生、由调度而执行， 因得不到资源而暂仃，并由撤消而死亡。而程序是静态 的，它是存放在介质上一组有序指令的集合，无运动的 含义。
阻塞状态→就绪状态： 当处于阻塞状态的进程，由于等待的 事件到来而不需要再等待时，进程状态便从阻塞状态转换到 就绪状态。 运行状态→就绪状态：正被处理运行的进程会被其他进程中 断，如分时系统中，运行的时间片到，当系统采用抢占式 调度算法时，若有一个优先级比现运行进程高的进程进入 就绪状态时，而放弃处理器，进程状态从运行状态转换到就
2.1.1 进程的引入(续)
并发性：并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特 征。并发性指多个进程实体同存于内存中，能在一段时 间内同时运行。而程序是不能并发执行。 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，即是一个独 立获得资源和独立调度的单位，而程序不能作为独立单 位参加运行、获取资源。 异步性：进程按各自独立的不可预知的速度向前推进，即 进程按异步方式进行，正是这一特征，将导致程序执行 的不可再现性，因此OS必须采用某种措施来限制各进程 推进序列以保证各程序间正常协调运行。 结构特征：从结构上，进程实体由程序段、数据段和进程 控制块三部分组成，UNIX中称为“进程映象”。 生命特征：进程有一个生命周期，有一个从创建到消亡的 过程，而程序作为一种软件资源可以长期保存。 另外，通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调 用关系，一个进程可包括多个程序。
报告者： begin repeat delay a time Print N ； N=0 ； until end
Print N ； N=N+1 ； N=0 ；
打印n，N=0；
2.1.1 进程的引入(续)
• 程序并发执行特征：
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，使在并发程序之间形成了相互制约的关 系。相互制约将导致并发程序具有“执行-暂仃-执行”这种 间断性活动规律。 失去封闭性：程序在并发执行时，是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 序的运行已失去了封闭性。 不可再现性：程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也将导 致失去结果的可再现性。即程序经过多次运行，虽然其各次 的环境和初始条件相同，但得到的结果却各不相同。 程序与程序的执行不再一一对应：一个程序可能对应多个执行 中的程序。反之亦然。
（2）程序并发执行与特征
在计算机系统支持并行操作时，如采用多道程序设计技 术，则内存中多道程序处于并发执行状态。如上述有三个程 序段的作业类，虽然每个作业有前趋关系的各程序段不能在 系统CPU和输入输出各部件并行执行，但一个作业没有前趋关 系的程序段或不同作业的程序段可以分别在CPU和各输入输出 部件上并行执行。
2.1.3 具有挂起功能的进程状态和转换
1．进程挂起及挂起的原因
对大多数操作系统来说，用创建、就绪、运行、阻塞、 结束五个状态来描述进程状态及其变化，还不能满足系统 管理的需要，还需要对进程实施“挂起”。 “挂起”是把内存中暂时不能或不需要运行的进程从 内存对换到外存，从而引起进程状态变化的过程。进程可 以在就绪状态被挂起，也可以在阻塞状态被挂起，还可以 在运行状态被挂起。 引起进程挂起的原因是多方面的，引起进程挂起的主要 原因有以下几点。 （1）系统资源的需要 当系统中所有的进程均处于阻塞状态时，没有就绪进程， 处理器处于空闲。如果这时内存空间已经被进程占满，不
2.1.4 进程的描述（续）
（1）进程标志信息 每个进程都有两种标志符：内部标志符和外部标志符。 内部标志符是操作系统为进程设置的一个唯一数字标志， 操作系统管理进程时使用进程的内部标志符。 外部标志符由字母和数字组成，是进程创建者提供的进 程名。用户访问进程时使用进程的外部标志。 进程创建时，用户给出进程的外部标志，操作系统给出进 程的内部标志。 （2）处理机状态信息 处理机状态信息是处理机的通用寄存器、指令寄存器、 程序状态字寄存器和用户堆栈指针寄存器中的内容。这些 内容反映了进程在处理机中运行时的情况，也是进程推进 的依据。当进程切换时，操作系统会将处理机中的这些信 息保留到被切换进程的进程控制块中，以便下次再被处理 机运行时使用。因此，每次进程切换，操作系统都能够保 证进程可以从上次执行处继续执行。一旦进程被分配处理