操作系统原理与实践 柯敏毅 第3章 进程管理

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1、操作系统原理与实践主编柯敏毅李浩中国水利水电出版社第3章进程管理3.1进程的概述3.2进程的引入和定义3.3进程的状态和进程控制块3.4进程控制3.5线程的基本概念3.6进程调度3.7进程同步与互斥3.8进程通信3.9死锁问题本章学习目标在多道程序环境下，程序不能独立运行。作为资源分配和独立运行的基本单位是进程。操作系统所有的特征都是基于进程而体现的。所以，本章的主要问题是：进程的概念进程的实体、状态及状态的演变进程的控制与调度进程之间的关系协调进程的通信死锁问题及解决返回本章首页3.1进程的概述处理机管理

2、是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理机的分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。进程通常具有三种状态：运行状态（正在使用CPU）、阻塞状态（等待输入/输出）和就绪状态（等待分配CPU）。返回本章首页3.2进程的引入和定义3.2.1进程的引入3.2.2进程的定义返回本章首页

3、3.2.1进程的引入1．程序的顺序执行及其特性2．资源共享3．程序的并发执行及其特性1．程序的顺序执行及其特性由于各类软件的出现及日益复杂化，使得程序设计的概念和方法有了很大的发展，在单道程序工作环境中，我们把一个“程序”理解为“一个在时间上按严格次序前后相继的操作序列”。一切顺序执行的程序都具有下列特性：（1）顺序性。（2）资源独占。（3）结果的无关性。2．资源共享操作系统提供了两种实现资源共享的方法。（1）由操作系统统一管理和分配。（2）由进程自行使用。3．程序的并发执行及其特性无论是操作系统自身的程序

4、还是用户程序，通常总是存在一些相对独立、但又能并发执行的程序段。由于这些程序段可以被多个用户作业调用，因此可在同一时间间隔内发生。这样一来，某个程序段可能对应多个“计算”，于是程序与“计算”已不具有一一对应关系了。这些“并发程序”就构成了一个“并发环境”。图3.2并行计算的先后次序程序的制约方式有如下两种：（1）间接制约方式。这是由于竞争相同资源而引起的，得到资源的程序段可以投入运行，而得不到资源的程序段就是暂时等待，直至获得可用资源时再继续运行。（2）直接制约方式。这通常是在那些逻辑上相关的程序段之间发生

5、的。一般是由于各种程序段要求共享信息引起的。返回本节目录3.2.2进程的定义进程与程序的区别和相互关系：（1）动态性和静态性。（2）从结构上看每个进程的实体都是由程序段和相应的数据段两部分构成的，这一特征与程序的含义相近。（3）一个进程可以涉及到一个或几个程序的执行；反之一程序可以对应多个进程，即同一程序段可在不同数据集合上运行，可构成不同的进程。（4）并发性。（5）进程具有创建其他进程的功能。（6）操作系统中的每一个程序都是在一个进程现场中运行的。返回本节目录3.3进程的状态和进程控制块3.3.1进程的状

6、态及状态变化图3.3.2进程控制块返回本章首页3.3.1进程的状态及状态变化图（1）运行状态：进程正在处理机上运行的状态，该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。（2）阻塞状态：进程等待某种事件完成（例如，等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。（3）就绪状态：该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运

7、行。图3.3典型的进程状态演变图状态变化：（1）就绪状态变化到运行状态。（2）运行状态变化到就绪状态。（3）运行状态变化到阻塞状态。（4）阻塞状态变化到就绪状态。返回本节目录3.3.2进程的结构、进程控制块及组织方式为了刻画进程的动态变化，通常把进程表示为由程序段、私有数据块和进程控制块组成，如图3.4（a）所示。程序部分描述进程本身所要完成的功能，而“私有数据块”是接受程序规定操作的一组存储单元的内容，是操作的对象。进程控制块是在进程创建时产生的，当进程存在于系统时（运行），进程控制块就标识了这个进程。如

8、图3.4（b）所示。进程控制块是进程存在的标志，当系统或父进程创建一个进程时，实际上就是为其建立一个进程控制块。进程控制块既能标识进程的存在，又能刻画出进程的动态特征，它是一个进程仅有的被系统真正感知的部分。对操作系统而言，所有进程控制块将构成并发执行控制和维护系统工作的依据。进程控制块的作用：返回本节目录进程控制块PCB的组织方式:为了进行PCB的有效管理，系统将PCB按照一定的方式组织起来。PCB常用的组织方