【山东理工大学操作系统课件】第2章进程管理.ppt

第2章 进程管理 （处理机管理） 进程的定义； 进程的结构特征； 进程控制块的作用； 进程同步的概念 信号量机制； 经典进程的同步问题； 进程通信的类型 什么是线程及为什么要引入线程 进程同步机制及其应用 前驱图说明 1）程序顺序执行、并发执行均可用前驱图表示； 2）在前驱图中 2结点之间若有--，则必须按此顺序执行； 2结点之间无 --，则既可以顺序执行也可以并发执行。 CPU利用率= 40/80 = 50% DEV1利用率= 15/80=18.75% DEV2利用率= 25/80=31.25% （2）A、B并发执行： 结论：并发是提高资源利用率的好方法，从而提高系统吞吐量，所以程序尽量并发执行。 1）串行是顺序执行； 2）并发是交叉使用设备； 3）并行使用多个处理机---更快。 程序、作业和进程 现代操作系统把进程管理归纳为：“程序”成为“作业”进而成为“进程”，并被按照一定规则进行调度。用程序、作业和进程这几个术语定义了计算机工作过程的不同状态。 程序是静止的 作业（Job）是程序的另一个状态，是指程序从被选中运行直到运行结束的整个过程。 例如，打开IE浏览器程序登录Web网站，浏览网页，最后关闭IE浏览器，在这个过程中，IE浏览器程序就成为了作业。 显然，所有作业都是程序，但不是所有程序都是作业。 当一个作业被选中后进入内存运行，这个作业就成为进程。 所有进程都是作业，但不是所有的作业都是进程。正在运行的程序才是进程。 作业是介于程序和进程之间的一种状态 举例说明三者的关系 一个电台的访谈节目，可以接听听众的电话 收听电台节目的人是“程序”，等待和主持人交流的听众是“作业”，正在与主持人谈话的听众是“进程”。 进程转换 1）就绪 -- 执行 -------调度程序选择一个新的进程运行。 2）执行 -- 就绪（产生中断） 执行进程用完了时间片； 执行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态； 有一个更短的作业到来。 进程转换 3）执行 -- 阻塞 当一进程必须等待时 OS尚未完成服务 对一资源的访问尚不能进行 初始化I/O 且必须等待结果 等待某一进程提供输入 (IPC) 4）阻塞 -- 就绪 当所阻塞的事件发生时 图2-12 进程的4状态转换 状态转换 (中级调度) 活动阻塞 --静止阻塞 静止阻塞 -- 活动阻塞 静止就绪--活动就绪 当内存中没有就绪进程时 活动就绪--静止就绪 (较少见) 当没有被阻塞的进程，而为了性能上的考虑，必须释放一些内存时。 图2-13 进程的5状态转换模型 图2-14 进程的7状态转换模型 3.PCB的组织方式 PCB表：系统把所有PCB组织在一起，并把它们放在内存的固定区域，就构成了PCB表。 PCB表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程个数，称为系统的并发度（注：多道程序中的多道与系统并发度不同） PCB表组织成进程队列：不同状态进程分别组成队列。如：运行队列、就绪队列、等待队列等。 PCB的组织方式 1）线性方式 ：进程较少适用。 2）索引方式：对具有相同状态的进程，分别设置各自的PCB索引表，表明PCB在PCB表中的地址。 3）链接方式 索引方式、链接方式---进程较多适用 原 语 是由若干条指令组成的，是用于完成一定功能的一个过程。 原语是原子操作：一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做。（操作不可中断） 原子操作在系统态下执行，常驻内存。 原语的作用是为了实现进程的通信和控制，系统对进程的控制如不使用原语会造成其状态的不确定性，达不到进程控制的目的。 注意： 1）子进程可以继承父进程的所有资源。 2）根进程是由引导进程创建的。 3）撤销父进程时必须回收资源，否则子进程游离不可控，引起资源浪费，太多子进程游离会引起死锁。 本节主要内容： 2.3.1 进程同步的基本概念 2.3.2 信号量机制 2.3.3 信号量的应用 2.3.4 管程机制 概 述 首先回顾进程的一个特征：异步性（每个进程按照各自的速度向前推进） 并发进程的异步性会使得进程的执行结果具有不可再现性 解决的机制：进程同步 实例1 某储户分别使用银行卡和存折同时在ATM和柜台办理两笔存款业务，银行卡存2000元，ATM存1000元； 该储户账户原有5000元； 由两个进程负责办理这两笔业务，分别将余额修改为7000（5000+2000）和6000（5000+1000）； 最后，储户的账户余额可能是7000，也可能是6000（看哪个执行的慢），显然不正确（正确余额应该为8000），储户吃亏； 如果是取钱呢？ 其原因是两个进程同时修改同一数据，而没有进行有效控制； 正确的做法：一次仅允许一个进程完成读数据和修改数据（储户账户作为临界资源） 1. 两种形式的制约关