操作系统第2章进程管理.ppt

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1、第二章进程§2.1进程概念§2.2进程的状态§2.3进程控制块§2.4进程控制原语*§2.5进程同步§2.6经典进程同步问题§2.1进程概念一、顺序程序设计顺序程序(冯诺伊曼)Vonnevman匈牙利数学家1946年程序是算法的形式化描述，一个程序的执行过程即一个“计算”，即算法的实现。(1)计算:对某一有限数据的集合所施行的，目的在于解决某一问题的一组有限操作的集合。§2.1进程概念(2)顺序执行：I1C1O1I2C2O2job1job2顺序处理模式计算中的各个操作有一定顺序，否则无法正确执行。§2.1进程概念2.顺序程序的特点：(1

2、).顺序性处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个操作必须在下一个操作开始之前结束。(2).封闭性程序在封闭环境下运行，独占全机资源。封闭性指的是程序一旦开始运行，其计算结果就只取决于程序本身，除了人为地改变机器的运行状态或机器故障以外，没有其它因素能够对程序的运行过程施加影响(3).可再现性程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间无关。即只要程序的初始条件相同，它的执行结果是相同的，不论它在什么时间执行，也不管计算机的运行速度。§2.1进程概念例：(a+b)(c+d)(e/f)t1=a+bt2=c+dt3=e/ft4=t1t

3、2t5=t4–t3–/++abcdSt1t2t3t4t5F二、前趋图§2.1进程概念前趋图是一个有向无循环图，用于描述进程之间的前后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏序或前趋关系。§2.1进程概念每个结点还具有一个重量(Weight)，用于表示该结点所含有的程序量或结点的执行时间。Ii→Ci→Pi和S1→S2→S3图2-2前趋图§2.1进程概念三、并行程序设计为了提高系统的利用率和处理能力：采用：(1)硬件–––并行操作(2)软件–––程序段在执行时间上有重叠(不

4、一定全部重叠)。并行性：是指在同一时间间隔内或同一时刻完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，只要时间上互相重迭，都存在并行性。并发环境：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。§2.1进程概念特征：（1）不可再现性同一程序的多次执行，虽然执行环境和初始条件相同，但得到的结果各不相同。并发程序执行的结果与其执行的相对速度有关，是不确定的（2）间断性并发程序之间存在相互制约关系，导致它们都具有“执行-暂停-执行”活动规律。§2.1进程概念（3）资源共享系统中资源被多个进程使用（4

5、）独立性和制约性独立的相对速度、起始时间进程之间可相互作用（相互制约）可分为直接作用和间接作用（5）程序和计算不再对应（计算：一个程序的执行）§2.1进程概念例：2个循环程序A和B，共享变量N。A:while(1)B:while(1){{N=N+1；print(N)；}N=0；}A和B并发执行，其计算结果与执行速度有关，不唯一，有三种情况（假设某时刻N值为n）。§2.1进程概念(1)N=N+1在print(N)和N=0之前即：N=N+1；print(N)；N=0；则N值分别是：n+1,n+1,0(2)N=N+1在print(N)和N

6、=0之后即：print(N)；N=0；N=N+1；N值分别是：n,0,1(3)N=N+1在print(N)和N=0之间即：print(N)；N=N+1；N=0；N值分别是：n,n+1,0§2.1进程概念程序并发执行，失去了封闭性，虽然执行环境和初始条件相同，但其计算结果与并发程序的执行速度有关，从而失去了可再现性，有可能发生“与时间有关的错误”。因而，必须采取某种措施，使得并发程序能够保持其“可再现性”。§2.1进程概念例：在系统中有n个作业，每个作业都有三个处理步骤，输入数据、处理、输出，即Ii,Ci,Oi(i=1,2,3,...,n

7、)。这些作业系统中执行时是对时间的偏序，有些操作必须在其它操作之前执行，这是有序的，但有些操作是可以同时执行的。如:I1、C1、O1的执行必须严格按照I1，C1，O1的顺序，而O1与I2，C1与I2，I3与O1是可以同时执行的。§2.1进程概念I1、C1、O1的执行必须严格按照I1，C1，O1的顺序，而O1与I2，C1与I2,I3与O1是可以同时执行的。I1I2I3C1C2C3O1O2O3t并行的四、进程的引入§2.1进程概念进程的概念是操作系统中最基本、最重要的概念。它是在多道程序系统出现后，为了刻划系统内部出现的情况，描述系统内部各

8、作业的活动规律而引进的一个新的概念。§2.1进程概念为什么要引入“进程”的概念关键是“共享资源”引起的，从资源观点看，有效管理共享资源（同步操作、异步操作、通信）是操作系统的重要内容。在多道程序设计的环境下