操作系统原理(ch3).ppt

2003年8月28日 操作系统原理 第三章 进程管理 §3.1 进程的概念 §3.2 进程的描述 §3.3 进程状态及其转换 §3.4 进程控制 §3.5 进程互斥 §3.6 进程同步 §3.7 进程通信 §3.8 死锁问题 §3.9 线程 3.1 进程的概念 现代操作系统的特点： 程序的并发性 系统资源共享 用户操作的随机性 3.1 进程的概念 问题：操作系统在多用户随机使用的环境下进行资源分配、资源共享和控制程序并发执行的基本单位是什么？ 进程刚好是这样一个基本单位 3.1.1 程序的并发执行 程序的执行有两种方式：顺序执行和并发执行。 顺序执行是单道批处理系统的执行方式，也用于简单的单片机系统； Repeat IR ← M[pc] pc ← pc+1 Execute (Instruction in IR) Until CPU halt 现在的操作系统多为并发执行，具有许多新的特征。引入并发执行的目的是为了提高资源利用率。 3.1.1 程序的并发执行 顺序执行的特征 顺序性：按照程序结构所指定的次序（可能有分支或循环） 封闭性：独占全部资源，计算机的状态只由于该程序的控制逻辑所决定 可再现性：初始条件相同则结果相同。如：可通过空指令控制时间关系。 3.1.1 程序的并发执行 多道程序执行环境的特点： 独立性：在多道环境下执行的每道程序逻辑上是独立的； 随机性：多道环境下，程序和数据的输入与执行的开始时间都是随机的； 资源共享：多道程序共享硬件和软件资源。硬件资源包括CPU、I/O设备、存储器等；软件资源包括例程、可共享的数据等。 3.1.1 程序的并发执行 程序的并发执行：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，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。 3.1.1 程序的并发执行 程序并发执行的描述 cobegin P1; P2; P3; ...; PN coend; Pi(i=1,2,3,...,n)表示n个语句（程序段），这n个语句用cobegin和coend括起来表示这n个语句是可以并发执行的。co是concurrent的头两个字符。 这是Dijkstra提出的。 3.1.1 程序的并发执行 假设有一个程序由 S0-Sn+1个语句，其中 S1-Sn语句是并发执行的，程序如下： S0; cobegin S1;S2;S3;...;SN coend; Sn+1; 3.1.1 程序的并发执行 并发执行带来的问题： 间断(异步)性：走走停停，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系； 失去封闭性：共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征。 失去可再现性：失去封闭性 －失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重复特征。 并发执行的条件：达到封闭性和可再现性 程序 P(i) 针对共享变量的读集和写集 R(i)和W(i) 条件：任意两个程序P(i)和P(j)，有： R(i)?W(j)=?; W(i)?R(j)=?; W(i)?W(j)=?; 举例：栈的读、写程序段并发执行 Procedure getaddr(top) begin local r r ← (top) top ← top-1 return (r) end 读、写并发可能导致错误： 3.1.2 进程的定义 在多道程序设计的环境下，为了描述程序在计算机系统内的执行情况，必须引入新的概念－－进程。 进程的概念来自于麻省理工的MULTICS、IBM的 TSS/360，在IBM的OS/360/370系统中也曾叫过任务（task)。 3.1.2 进程的定义 进程是可以并行执行的计算部分 (Madnick, Donovan) 进程是一个独立的可以调度的活动（Cohen, Jofferson） 进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动。（Alan.C. Shaw) 进程是执行中的程序。（Ken Thompson and Dennis Ritchie ) 行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程（Dijkstra)。 教材上给出的进程的定义： 进程，即是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集合在处理机上的执行过程和分配资源的基本