操作系统原理 第2章 进程管理.ppt

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1、第2章进程管理学习目标:掌握进程的定义和特征，掌握进程各种状态之间的转换。了解进程控制原语操作的意义。掌握进程互斥与同步的概念，并能用信号量机制实现进程的互斥与同步。掌握进程调度的原则及相关算法。了解进程通信的意义及方式。掌握死锁的定义，产生原因及必要条件，掌握如何预防死锁和避免死锁。掌握线程的概念及其状态转换。掌握Linux中的进程管理。2.1进程的基本概念2.2进程控制2.3进程的互斥与同步2.4进程的调度2.5进程通信2.6死锁2.7线程2.8Linux中的进程管理第2章进程管理2.1进程的基本概念2.1.1程序的顺序执行和并发执行2.1.2进程的定义与特征2.1.3

2、进程的状态及其转换2.1.1程序的顺序执行和并发执行1.程序的顺序执行图2.1程序的顺序执行在多道程序设计出现以前，程序的最大特性是“顺序性”，即程序的顺序执行。一个程序通常由若干个程序段组成，它们必须按照某种先后次序执行，前一个操作执行完后，才能执行后继操作，这种计算过程即程序的顺序执行过程。程序顺序执行时的特性：(1)顺序性(2)封闭性(3)可再现性2.多道程序设计的引入显然，如果每台计算机在任一时刻只处理一个具有独立功能的程序，那么操作系统的设计和功能都将变得非常简单，因为在这样的系统中不存在资源共享和程序的并发执行以及用户执行的随机性问题。但是，在很多情况下，需要计

3、算机能够同时处理多个具有独立功能的程序，批处理系统、分时系统、实时系统以及网络与分布式系统等都是这样的系统。这样的执行环境具有下述3个特点。(1)独立性。在多道环境下执行的每道程序都是逻辑上独立的，它们之间不存在逻辑上的制约关系，也就是说，如果有充分的资源保证，则每道程序都可以独立执行。(2)随机性。在多道程序环境下，特别是在多用户环境下，程序和数据的输入与执行的开始时间都是随机的。输入与程序执行开始时间的随机性形成了操作系统必须同时处理多道程序的客观要求。(3)资源共享。任何一个计算机系统中的软、硬件资源都是有限的，一般来说，多道环境下执行程序的道数总是要超过计算机系统中

4、CPU的个数，单CPU系统更是如此。显然，受CPU个数的限制，由随机性引起的需同时执行的多道程序只能共享系统中已有的CPU。同理，输入输出设备有限将导致这些设备被共享，内存有限将导致内存被共享等。3.程序的并发执行图2.2程序的并发执行程序的并发执行提高了系统的吞吐量，也产生了一些与顺序执行不同的新特点：制约性失去封闭性不可再现性2.1.2进程的定义与特征1.进程的定义进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。2.进程的特征动态性并发性独立性异步性结构特征3.进程的结构进程由程序段、数据段和进程控制块(PCB)

5、这3个部分组成程序段是进程中能被进程调度程序在CPU上执行的程序代码段，通过程序段的执行可以实现程序的特定功能。数据段，可以是进程对应的程序加工处理的原始数据，也可以是程序执行后产生的中间或最终结果数据。进程控制块进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中重要的记录型数据结构，其中存放了操作系统所需的、用于描述进程情况和控制进程运行所需的全部信息。当系统创建一个新进程时，系统为某个程序(包含数据段)设置一个PCB，用于进行控制和管理，进程执行完成时，系统收回其PCB，进程随之消亡。系统根据PCB感知相应进程的存在，故PCB是进程存在的惟一标志。进程控制块的组成进程标识符处理

6、机状态信息进程调度信息进程控制信息4.进程和程序的区别进程是一个动态概念，程序则是一个静态概念。进程是程序的一次执行过程，因而有生命过程，是一个动态生存的暂存性资源；而程序是永久性的软件资源。一个进程在工作中对应一个应用程序，当多个进程共享内存中的一个程序副本时，一个程序可以有多个进程在工作。进程由操作系统核心在内部进行分配和调度：程序在操作系统管理下，由系统调用执行。2.1.3进程的状态及其转换图2.5进程状态之间的转换进程的基本状态1.就绪状态当进程已获得除处理机以外的所有资源(处理机被系统中的其他进程占用)，一旦分到了处理机即可立即执行时，则其处于就绪状态。2.执行状

7、态当一个进程获得必要的资源，并占有处理机(在处理机上运行)时，则其处于执行状态。3.阻塞状态进程在执行过程中，由于发生某个事件而暂时无法执行下去时，就处于阻塞状态。2.2进程控制原语是由若干条机器指令构成的、用于完成某一特定功能的一段程序。进程控制原语包括进程创建原语、进程撤销原语及进程阻塞与唤醒原语等。1.进程创建进程创建由创建原语实现，主要有以下两种创建方式。(1)由系统程序模块统一创建。例如在批处理系统中，由操作系统的作业调度程序为用户作业创建相应的进程，以完成用户作业所要求的功能。(2)由父进程创建。如果一