操作系統(tǒng),第2章進(jìn)程管理

1、第二章 進(jìn)程(jnchng)管理2.1 進(jìn)程(jnchng)管理2.2 線程2.3 作業(yè)管理2.4 作業(yè)與進(jìn)程的區(qū)別共二十五頁(yè)本章(bn zhn)目標(biāo)理解和掌握進(jìn)程的定義、狀態(tài)、進(jìn)程控制塊和進(jìn)程隊(duì)列(duli)等知識(shí)。理解和掌握進(jìn)程的調(diào)度算法。理解線程知識(shí)。理解作業(yè)管理和作業(yè)調(diào)度。共二十五頁(yè)2.1 進(jìn)程(jnchng)管理 1.程序的順序執(zhí)行： 程序在機(jī)器中嚴(yán)格按順序執(zhí)行并獨(dú)占系統(tǒng)資源；程序執(zhí)行的速度(sd)與結(jié)果無(wú)關(guān)。封閉性：程序一旦執(zhí)行，其結(jié)果只取決于程序本身；可再現(xiàn)性：機(jī)器在同一數(shù)據(jù)集上重復(fù)執(zhí)行同樣的程序，其結(jié)果相同程序的并發(fā)執(zhí)行：多個(gè)程序同時(shí)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，各程序不再獨(dú)自占有所需資

2、源，而是在輪流使用共享資源時(shí)相互制約，執(zhí)行過(guò)程往往是走走停停，失去了封閉性和可再現(xiàn)性，但是卻提高了資源利用率。2.1.1 程序的執(zhí)行共二十五頁(yè)2.并發(fā)(bngf)執(zhí)行輸入第一批輸入第二批輸入第三批處理第一批處理第二批處理第三批輸出第一批輸出第二批輸出第三批并發(fā)性。即指系統(tǒng)中有多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行。在單個(gè)CPU系統(tǒng)中，多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的程序雖然從宏觀上并行執(zhí)行，但是從微觀上來(lái)看，它們是分時(shí)，輪流地占用CPU時(shí)間，所以是串行的。隨機(jī)性。在多道程序環(huán)境下，尤其是在多用戶環(huán)境下，程序和數(shù)據(jù)的輸入與執(zhí)行時(shí)間都是隨機(jī)的。資源共享。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟、硬件資源數(shù)量(shling)總是有限的，這就要求系統(tǒng)資源允

3、許被多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的程序所共享。共二十五頁(yè)進(jìn)程與程序的關(guān)系 1.程序是靜態(tài)的概念(ginin)，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的概念(ginin)； 2.進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行而程序則不能 3.程序和進(jìn)程無(wú)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系 4.各進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行中會(huì)產(chǎn)生相互制約，而程序本身是靜態(tài)的，沒有這種異步特征。進(jìn)程是一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次運(yùn)行。2.1.2 進(jìn)程(jnchng)概念的引入共二十五頁(yè)進(jìn)程(jnchng)的特征動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程有一定的生命期，“它由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，由撤消而消亡”。并發(fā)性：多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。獨(dú)立性：能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立分配資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。異步性：進(jìn)程按各自獨(dú)立的

4、、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，按異步方式運(yùn)行。結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程實(shí)體包括(boku)程序段、數(shù)據(jù)集和進(jìn)程控制塊。共二十五頁(yè)2.1.3、進(jìn)程的狀態(tài)(zhungti)及其轉(zhuǎn)換進(jìn)程的基本狀態(tài)(zhungti)：就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、阻塞態(tài)。各狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換： 就緒運(yùn)行 運(yùn)行阻塞 阻塞就緒 運(yùn)行就緒等待某事件發(fā)生進(jìn)程調(diào)度時(shí)間片到所等待事件發(fā)生運(yùn)行就緒阻塞共二十五頁(yè)2.1.4、進(jìn)程(jnchng)控制塊進(jìn)程組成：進(jìn)程控制塊，程序段，數(shù)據(jù)集合。 進(jìn)程控制塊 進(jìn)程標(biāo)識(shí)信息、說(shuō)明信息、現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息（進(jìn)程名、 狀態(tài)(zhungti)信息、調(diào)度優(yōu)先權(quán)、通信信息、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)、資源供求和分配控制信息、族關(guān)系信息等） 程序段

5、各種基本結(jié)構(gòu)組成的指令集合 數(shù)據(jù)集合 各種類型的數(shù)據(jù) PCB程序部分?jǐn)?shù)據(jù)集合 共二十五頁(yè)P(yáng)CB是進(jìn)程存在(cnzi)的唯一標(biāo)識(shí)思考題： 為什么PCB是進(jìn)程存在的唯一(wi y)標(biāo)識(shí)？提示：操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對(duì)進(jìn)程實(shí)施控制和管理；共二十五頁(yè)進(jìn)程隊(duì)列：將具有(jyu)相同狀態(tài)的PCB按一定的方式組織起來(lái)，構(gòu)成的隊(duì)列。分三種隊(duì)列：執(zhí)行隊(duì)列、就緒隊(duì)列、阻塞隊(duì)列。2.1.5 進(jìn)程(jnchng)隊(duì)列執(zhí)行隊(duì)列頭指針PCB4就緒隊(duì)列頭指針PCB2PCB3PCB5PCBn阻塞隊(duì)列頭指針PCB1PCB6-1-1圖 PCB的各種隊(duì)列共二十五頁(yè)線性方式：線性隊(duì)列(duli)鏈接方式：鏈接表索引方式：索引表線性表隊(duì)列

6、(duli)250036004800250025022504鏈接表隊(duì)列索引表共二十五頁(yè)P(yáng)CB0PCB1PCB2 PCBn 內(nèi)存(ni cn)中的專用區(qū)域共二十五頁(yè)2.1.6 進(jìn)程(jnchng)控制原語(yǔ)操作：機(jī)器指令編制的一段完成特殊功能的系統(tǒng)程序。進(jìn)程控制的作用：系統(tǒng)對(duì)所有進(jìn)程整個(gè)生命期的有效管理和控制。 1、創(chuàng)建原語(yǔ) 2、撤銷(chxio)原語(yǔ) 3、阻塞原語(yǔ) 4、喚醒原語(yǔ)共二十五頁(yè) 1 創(chuàng)建(chungjin)原語(yǔ) 一個(gè)進(jìn)程可借助于創(chuàng)建原語(yǔ)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程的主要工作是： 申請(qǐng)一空閑PCB無(wú)空閑PCB，則創(chuàng)建失??；否則產(chǎn)生PID（進(jìn)程標(biāo)識(shí)）申請(qǐng)必要的資源初始化PCB插入就緒隊(duì)

7、列 2 撤消進(jìn)程原語(yǔ)找出被撤消進(jìn)程的PCB該進(jìn)程若正在執(zhí)行，則終止該進(jìn)行的執(zhí)行該進(jìn)程若有子進(jìn)程，則撤消其所有子進(jìn)程將該進(jìn)程所擁有的全部資源，歸還給父進(jìn)程或系統(tǒng)將被撤消進(jìn)程的PCB從所在隊(duì)列（或鏈表）中清除，放回到空閑PCB隊(duì)列。共二十五頁(yè)3進(jìn)程的阻塞原語(yǔ) 正在(zhngzi)執(zhí)行的進(jìn)程，當(dāng)出現(xiàn)請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)、啟動(dòng)某種操作、新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)、無(wú)新工作可做等事件時(shí)，由于無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，于是自己便通過(guò)調(diào)用block原語(yǔ)，把自己阻塞起來(lái)。保存CPU現(xiàn)場(chǎng)置該進(jìn)程的狀態(tài)被阻塞進(jìn)程入等待隊(duì)列轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。4進(jìn)程的喚醒原語(yǔ) 被阻塞進(jìn)程等待的事件到，由與之相關(guān)的進(jìn)程將其喚醒（被阻塞的進(jìn)程不能自己?jiǎn)拘炎约海┌驯蛔枞M(jìn)

8、程從相應(yīng)阻塞隊(duì)列中取出；將現(xiàn)行狀態(tài)由阻塞改為就緒；然后插入到就緒隊(duì)列；根據(jù)優(yōu)先情況調(diào)整調(diào)度標(biāo)志共二十五頁(yè)調(diào)度算法 先來(lái)先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法：這種調(diào)度算法是按照進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序來(lái)選擇可占用處理器的進(jìn)程。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)：將所有的就緒進(jìn)程按到達(dá)的先后順序排隊(duì)，并將CPU的時(shí)間分成固定大小的時(shí)間片，如果一個(gè)進(jìn)程被調(diào)度選中后用完了時(shí)間片，但并未完成要求的任務(wù)，則它將自行釋放自己所占的CPU而重新排列就緒隊(duì)列的末尾，等待下一次調(diào)度。 優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：為進(jìn)程設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，就緒隊(duì)列按進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的不同而排列，每次總是從就緒隊(duì)列中選取(xunq)優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程運(yùn)行。2.1.7 進(jìn)程(jnchng

9、)調(diào)度共二十五頁(yè)2.2 線程 2.2.1 線程的概念 1.定義：線程是進(jìn)程中的一個(gè)可執(zhí)行實(shí)體，是系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和執(zhí)行的基本單位。 2.狀態(tài)：就緒、運(yùn)行、阻塞。 3.線程與進(jìn)程比較2.2.2 線程的種類與實(shí)現(xiàn)(shxin)（了解） 共二十五頁(yè)線程與進(jìn)程(jnchng)的區(qū)別可以歸納為以下幾點(diǎn)：1）地址空間和其它資源（如打開文件）：進(jìn)程間相互獨(dú)立，同一進(jìn)程的各線程間共享。某進(jìn)程內(nèi)的線程在其它進(jìn)程不可見。 2）通信：線程間可以直接讀寫進(jìn)程數(shù)據(jù)段（如全局變量）來(lái)進(jìn)行通信需要進(jìn)程同步和互斥手段(shudun)的輔助，以保證數(shù)據(jù)的一致性。 3）調(diào)度和切換：線程上下文切換比進(jìn)程上下文切換要快得多。 4）在多線

10、程OS中，進(jìn)程不是一個(gè)可執(zhí)行的實(shí)體。 共二十五頁(yè)2.3 作業(yè)管理2.3.1 什么是作業(yè)和作業(yè)步 從用戶角度說(shuō)，作業(yè)是要求(yoqi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理的一個(gè)問(wèn)題或一個(gè)事務(wù)處理過(guò)程中要求(yoqi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做工作的集合，包括用戶程序、所需的數(shù)據(jù)及命令等。 把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在完成一個(gè)作業(yè)過(guò)程中所做一些相對(duì)獨(dú)立的工作稱為作業(yè)步。 共二十五頁(yè)2.3.2 作業(yè)(zuy)的狀態(tài)作業(yè)狀態(tài)的相互(xingh)轉(zhuǎn)換時(shí)間片完等待某個(gè)事件發(fā)生等待事件結(jié)束等待就緒運(yùn)行進(jìn)程調(diào)度作業(yè)調(diào)度后備狀態(tài)作業(yè)提交完成狀態(tài)作業(yè)調(diào)度運(yùn)行狀態(tài)共二十五頁(yè)2.3.3 作業(yè)調(diào)度1.處理器的兩級(jí)調(diào)度（1）高級(jí)調(diào)度 高級(jí)調(diào)度又稱為作業(yè)調(diào)度。其主要功能

11、是根據(jù)一定的算法，把處于后備隊(duì)列中的那些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，分配必要的資源，并為它們建立相應(yīng)的用戶作業(yè)進(jìn)程和為其服務(wù)的系統(tǒng)的進(jìn)程（如輸入/輸出進(jìn)程），然后將創(chuàng)建的進(jìn)程送入就緒隊(duì)列，等待進(jìn)程調(diào)度程序?qū)ζ鋱?zhí)行調(diào)度，并在作業(yè)完成后作善后處理工作，回收系統(tǒng)資源。（2）低級(jí)調(diào)度 低級(jí)調(diào)度又稱進(jìn)程調(diào)度，這在前面我們已經(jīng)介紹過(guò)。這里(zhl)就不再重復(fù)講述。共二十五頁(yè)2.作業(yè)調(diào)度 作業(yè)調(diào)度的主要功能是按照某種原則從后備作業(yè)隊(duì)列中選取作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，并為作業(yè)做好運(yùn)行(ynxng)前的準(zhǔn)備工作和作業(yè)完成后的處理工作。常見的作業(yè)調(diào)度算法有：（1）先來(lái)先服務(wù)（FCFS）（2）短作業(yè)優(yōu)先（SJF） （3）響應(yīng)比高者優(yōu)先（HR

12、N） （4）優(yōu)先級(jí)法共二十五頁(yè)2.4 作業(yè)(zuy)與進(jìn)程區(qū)別 （1）作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)實(shí)體。在用戶向計(jì)算機(jī)提交作業(yè)后，系統(tǒng)將它放入外存中的作業(yè)等待隊(duì)列(duli)中等待執(zhí)行。而進(jìn)程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體，是向系統(tǒng)申請(qǐng)分配資源的基本單位。任一進(jìn)程，只要它被創(chuàng)建，總有相應(yīng)的部分存在于內(nèi)存中。（2）一個(gè)作業(yè)可由多個(gè)進(jìn)程組成，且必須至少由一個(gè)進(jìn)程組成，反過(guò)來(lái)則不成立。（3）作業(yè)的概念主要用在批處理系統(tǒng)中，像UNIX這樣的分時(shí)系統(tǒng)中就沒有作業(yè)的概念。而進(jìn)程的概念則用在幾乎所有的多道程序系統(tǒng)中。共二十五頁(yè)本章(bn zhn)小結(jié)1、進(jìn)程的引入、定義、進(jìn)程控制塊、進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，進(jìn)程調(diào)度算法(sun f)。2、線程的概念3、作業(yè)、作業(yè)步、作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)調(diào)度共二十五頁(yè)內(nèi)容摘要第二章 進(jìn)程管理。封閉性：程序一旦執(zhí)行，其結(jié)果只取決于程序本身。進(jìn)程是一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次運(yùn)行(ynxng)。并發(fā)性：多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。獨(dú)立性：能獨(dú)立運(yùn)行(y