HYZ-OS-2013-进程管理-1.ppt

北京交通大学计算机学院 回顾与展望 操作系统是管理资源者 具有有效性和方便性 多道和分时是实现上述要求的基本方法 后续的教学任务：如何实现操作系统？有哪些难点？采用什么技术方法？ 学习要求 进程管理是全书的重点也是难点 如何理解 本次课的要求 难点：实现操作系统的第一个挑战？为什么要引入进程？进程到底是什么？ 重点：并发性，进程状态转移 了解：进程控制 第二章 进程管理 2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程同步问题 2.5 管程 2.6 进程通信 2.7 线程 第一个挑战 单道程序 操作系统只需要将作业调入内存，并转入作业入口开始执行后，计算机系统就可以交给该作业，除了被动响应程序的服务请求外，就无事可做了。 多道程序 多道和分时系统的最重要共性：并发 并发是提高效率、方便性的最核心手段 多个程序在内存并发时，操作系统就必须进行主动的干预，复杂性大大增加。 顺序、并行、并发执行 并发 定义：两个或多个程序在同一时间间隔内运行。 并行执行：同一时刻执行两个或者多个 顺序执行：独占系统依次执行 并行和顺序是并发执行的特殊情况 并发 下面这些关于并发的说法对不对？ 宏观上并行，微观上交替执行 先执行的不一定先结束 同一时刻只有一个程序执行 同一时间段有多个程序执行 多个程序共享CPU 如何保证一个程序暂停后下一次还能从上次断点继续执行？ 换一种说法：OS把一个CPU正确的虚拟化为多个CPU必须做哪些工作？ CPU的虚拟化 每个虚拟CPU需要保存哪些信息？ PC，SP, 其他寄存器等 切换CPU时的操作 先保存CPUi的信息 在加载CPUj的信息 切换的时机 程序主动放弃CPU、时钟中断等 第二个挑战 程序并发执行可能导致意想不到的后果！ 并发执行约束：前趋图 ?={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4),(P2,P5),(P3,P5),(P4,P6),(P5,P7),(P6,P7)} Pi?Pj 称Pi是Pj的直接前趋，Pj是Pi的直接后继 前趋图中必须不存在循环 图例中存在前趋关系S2?S3和S3 ?S2，显然，这种前趋关系是无法满足的。 单道程序顺序执行 程序的顺序执行 构成程序的若干个程序段之间 组成程序段的多条语句之间 单道程序顺序执行时的特征 顺序性 处理机严格按照程序指令的规定顺序执行 封闭性 封闭环境下运行，程序独占全机资源 只有当前运行程序才能改变资源状态 程序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相同，程序重复执行结果相同 单道程序顺序执行时的特性与程序员对编程的认知完全相同，为程序实现和错误调试，带来极大方便 程序并发执行例1 同一程序内部语句间并发执行及其前驱关系 S1: a:=x+2 S2: b:=y+4 S3: c:=a+b S4: d:=c+6 程序并发执行例2 同一程序内不同部分以及程序间并发执行 第i个程序：Ii?Ci ?Pi Ii?Ii+1 Ci?Ci+1 Pi?Pi+1 程序并发执行举例 程序间并发，程序内语句顺序执行 共享变量N，初值为0 程序A A1: N=1; 程序B B1: Print(N); B2: N=0; 程序并发执行 程序并发执行的特征与问题 间断性 “执行—暂停执行—执行”的活动规律 失去封闭性 系统资源共享及资源状态改变的多样性，致使程序运行失去封闭性，程序运行必然会受到其它程序的影响 不可再现性 并发执行的程序，计算结果与其执行速度及时间有关 解决方法：进程的引入 需求： 需要记录新的数据控制并发程序执行 需要控制并发程序执行的先后关系 现状： 程序的概念已不能完整、有效地描述和控制并发程序在内存中的运行 进程的定义 进程控制块：存放了进程标识符、进程运行的当前状态、程序和数据的地址以及关于该程序运行时的CPU环境信息 进程实体:由程序段、数据段及进程控制块三部分构成 进程 进程实体的运行 可并发程序的执行 进程 进程就成为一个可活动的、能改变其他客体的、有生命的主动实体 像不像“人”？ 进程实体是进程的“身体”？ 进程成为操作系统一个独立的管理对象 进程==主体==主动发起 数据、硬件设备==客体==被动接收 进程 进程作为主体意义 操作系统把“资源”分配给“享有权利、负有义务、承担责任的主体”（进程） 把CPU分配给进程的过程就是“调度” 进程是操作系统中资源分配和调度的一个独立单位 进程的特征?与程序的区别与联系 结构特征 程序段、数据段及进程控制块 动态性 生命周期及“执行” 本质 并发性 共存于内存、宏观同时运行 独立性 调度、资源分配、运行 异步性 推进相互独立、速度不可预知 进程状态的引入 并