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第二章 进程描述与控制 Process Concept  Process Control 进程的基本概念 Process Concept 进程的引入 进程的定义和特征 进程的基本状态及其转换 具有挂起功能的进程状态及其转换 进程的引入 多道程序系统的特点是并行性。为了充分利用系统资源，在主存中同时存放多道作业运行，所以各作业之间是并行的 各程序由于同时存在于主存中，它们之间必定会存在相互依赖，相互制约的关系。 （间接制约关系、直接制约关系） 在多道程序系统所带来的复杂环境中，程序具有了并行、制约、动态的特性，原来的程序概念，难以刻画系统中的情况。 程序本身完全是静态的概念 程序概念也反映不了系统中的并行特性 1、程序的顺序执行 一个较大的程序通常都是由若干个程序段组成。在程序执行时，必须按照某种先后次序逐个执行，仅当前一操作执行完后，才能执行后继操作。 例如：在进行计算时，总是先输入用户的程序和数据，然后才能计算，计算完成后再将结果打印出来。 2、??程序顺序执行时的特征 顺序性 处理机的操作，严格按照程序所规定的顺序执行，即只有前一操作结束后，才能执行后继操作。 封闭性（失去交换性） 程序是在封闭的环境下运行的。即程序在运行时，它独占全机资源，因而机内各资源的状态（除初始状态外），只有程序才能改变它。程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素的影响。 可再现性 只要程序执行时的环境和初始条件都相同，不论它是从头到尾的不停顿的执行，还是“走走停停”地执行，都将获得相同的结果。 3. 多道程序的并发执行 计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、网络与分布式系统）。这样的执行环境具有三个特点： 独立性 随机性 资源共享 硬件资源：CPU、输入输出设备，存储器 软件资源：各种例行程序、各种共享的数据 多道程序环境下执行程序的道数计算机系统中CPU的个数 单CPU中，则由N－1道程序处在等待CPU的状态 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 程序并发执行可分为两种： 多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行 由于资源有限，多道程序的并发执行总是伴随着资源的共享与竞争，制约了各道程序的执行速度。 在某道程序段中，包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码 例如：read（a）； read（b）； 既可以同时执行，也可以颠倒次序执行，同时执行不会改变顺序程序所具有的逻辑行为，可采用并发执行来充分利用资源。 程序并发执行 一组逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上相互重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。 程序的并发执行 4.程序并发执行时的特征 间断性 程序在并发执行时，由于它们共享资源或为完成某一项任务而合作，致使在并发程序之间存在相互制约的关系。(I、C、P是三个相互合作的程序，当计算程序完成Ci－1的计算后，如果输入程序I尚未完成对Ii的处理，则计算程序无法进行Ci处理，致使计算程序在停运行。) 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，致使程序的运行失去了封闭性。 4.程序并发执行时的特征(续) 不可再现性 程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也导致失去了可再现性。 例如：有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程序A每执行一次时都要做N＝N＋1操作；程序B每执行一次时，都要做print（N）操作，然后再将N置成“0”，程序A和B以不同的速度运行。（假定某时刻变量N的值为k） （1）N＝N＋1在print（N）和N＝0之前，此时得到的N值分别为 （2）N＝N＋1在print（N）和N＝0之后，此时得到的N值分别为 （3）N＝N＋1在 print（N）和N＝0之间，此时得到的N值分别为 5.程序并发执行的条件 1966年，Bernstein(伯恩斯坦)提出了相邻语句P1，P2可以并发执行的条件。 如果并发执行的各程序段中语句或指令满足Bernstein的条件，则认为并发执行不会对执行结果的封闭性和可再现性产生影响。 定义程序读集与写集符号 R(Pi)={a1,a2,···,am} 表示程序Pi在执行期间需引用的变量的集合,称Pi的读集; W(Pi)={b1,b2,···,bm} 表示程序Pi在执行期间需改变的变量的集合,称Pi的写集; 若有两条语名P1: c=a+b; P2:x=x+1; 则它们的读集与写为: R(P1)={ a, b } W(P1)={ c } R(P2)={ x } W(P2)={