第2章分布式操作系统(免费阅读).ppt

第二章. 进程管理及并发控制和同步 第1节 进程的定义和特征 第2节 进程的状态和进程控制块 第3节 进程控制 第4节 进程的同步与互斥 第5节 并发执行的描述方式 第6节 基于共享变量的同步操作原理 第7节 基于消息传递的同步操作原语 第8节 进程调度 进程的定义和特征 §1. 进程的定义 §2. 进程的特征 §3. 进程的结构 进程的定义 进程（process）或任务（task）这 一术语是在六十年代初期，首先在 麻省理工学院（MIT）的MULTICS 系统和IBM公司的CTSS/360系统中 引入的，其后有许多人对进程下过 各式各样的定义，下面列举几种比 较能反映进程实质的定义： 进程的定义 ⑴进程是程序的一次执行，亦即进程是在指定的内存区域中的一组指令序列的执行过程。 ⑵进程（或任务task）是可以和别的计算并发（concurrent）执行的计算。 ⑶进程可以定义为一个数据结构和能在其上进行操作的一个程序。 ⑷进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 ⑸进程（process）是一个具有独立功能的程序关于相关的数据集在处理机上的执行过程。 进程的特征 进程具有 顺序性 动态性 并发性 独立性和 异步性等特征。 进程的最基本的特征是并发性。 顺序性 一个进程的顺序性是指每个进程 在顺序处理机上的执行是严格按 次序进行的，即只有当其中的一 个操作结束后，才能开始其后续 操作. 动态性 进程的动态性是指它是程序的一 次执行过程，表现为它是由“创 建（ create）”而产生，由调度 程序“调度”而运行，因“等待 事件”而阻塞，最后，由“撤消 （destroy）”而消亡。可见，进 程是有一定生命期的，是动态地 产生，运行和消亡的。 并发性 进程的并发性是指多个进程 可以同时在一个系统中并发 地执行。 独立性 进程的独立性是指它可以作为系 统进行资源分配和调度的独立单 位 异步性 进程的异步性是指系统中的 活动的进程总是按照各自独 立的、不可预测的速度运行。 进程的结构 为了描述进程的运动变化过程 并使之能独立地运行，应该为 每个进程配置一个进程控制块 （process control block简记为 PCB）。 进程的结构 三部分所组成： 一个程序段 相应的数据段 一个进程控制块 在UNIX系统中，把这三部分统 称为进程映像（image）。而将 进程定义为“进程映像的执行。 进程的状态 ⑴就绪状态（Ready） ⑵运行状态（Running） ⑶阻塞状态（Blocked） 进程的状态 进程的状态(UNIX) 进程控制块 ⑴进程标识符（Identification） ⑵进程的当前状态（Status） ⑶处理机状态保护区 ⑷进程的起始地址 ⑸资源清单 ⑹进程优先数 ⑺队列指针(pointer)或链接字(link) ⑻进程族的联系 ⑼计账信息 为了对于进程进行控制，操作系 统内必须设置一个机构，它具有 上述进程控制及进程通讯和资源 管理等功能。这样的机构称为操 作系统的内核（Kernel） 原语 所谓原语（Primitive）是机器指 令的延伸，它由若干条指令组成， 用以完成特定功能的一段程序。 为了保证原语操作的正确性，原 语在执行期间是原子的，亦即原 语在执行期间是不可分割的。 原语 ⑴创建原语（Create Primitive） ⑵悬挂原语（Suspend Primitive） ⑶激活原语（Activate Primitive） ⑷阻塞原语（Block Primitive） ⑸唤醒原语（Wakeup Primitive） ⑹撤消原语（Destroy Primitive） 对进程之间共享资源的控制必须满足下列要求： 安全性（safety） 活动性（liveness） 公正性（fairness） 安全性（safety） 在任意一个给定时刻只允许至多 一个进程使用一个共享资源，不 允许两个及两个以上进程同时使 用同样的共享资源。否则，进程 对共享资源操作的结果往往是破 坏性的。 活动性（liveness） 活动性表现为两个方面， 一方面任意一个进程在使用共享资源时， 必须在有限时间内释放，不能无限期地 占用而导致其它进程永远无法使用； 另一方面当某个进程欲使用共享资源时， 则应在有限时间内达到目的，而不应该 互相阻止导致彼此永远都不能使用。 公正性（fairness） 对进程使用共享资源的次序不作不公正的规定。当某个进程欲使用共享资源时，只要其它进程不在使用该共享资源，就应该允许该进程使用。并且任意一个要求使用共享资源的进程不能无限期地等待，总应该在某个公正的时间界限内获得该资源。 第4节 进程的同步与互斥 进程之间常常相互