操作系统第四章并发.ppt

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1、 李波李波华中科技大学文华学院华中科技大学文华学院操作系统原理操作系统原理1 1 第四章 并发处理2 2第四章第四章 并发处理并发处理4.1 并发活动进程的引人 操操作作系系统统的的特特性性之之一一是是并并发发与与共共享享，即即在在系系统统中中（内内存存）同同时时存存在在几几个个相相互互独独立立的的程程序序，这这些些程程序序在在系系统统中中既既交交叉叉地地运运行行，又又要要共共享享系系统统中中的的资资源源，这这就就会会引引起起一一系系列列的的问问题题，包包括括：对对资资源源的的竞竞争争、运运行行程程序之间的通信、程序之间的合作与协同等符。序之间的通信、程序之间的合作与协同等符。要要解解决决这这

2、些些问问题题，用用程程序序的的概概念念已已经经不不能能描描述述程程序序在内存中运行的状态，必须引人新的概念进程。在内存中运行的状态，必须引人新的概念进程。3 34.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.1 4.1.1 程序的顺序执行程序的顺序执行l l 一、概念一、概念l l 一一个个程程序序由由若若干干个个程程序序段段组组成成，而而这这些些程程序序段段的的执执行行必必须须是是顺顺序序的的，这这种种程程序序执执行行的的方方式式就就称称为为程程序序的的顺序执行。顺序执行。l l 例如：例如：4 44.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.1 4.1.1 程序的

3、顺序执行程序的顺序执行 二、程序顺序执行的特点二、程序顺序执行的特点1.1.顺序性顺序性 处处理理机机严严格格按按照照程程序序所所规规定定的的顺顺序序执执行行，即即每每个个操操作作必必须须在在下下一个操作开始之前结束一个操作开始之前结束。2.2.封闭性封闭性 程程序序一一旦旦开开始始执执行行，其其计计算算结结果果不不受受外外界界的的影影响响，当当程程序序的的初初始始条条件件给给定定之之后后，其其后后的的状状态态只只能能由由程程序序本本身身确确定定，即即只只有有本本程程序才能改变它。序才能改变它。3.3.可再现性可再现性 程程序序执执行行的的结结果果与与初初始始条条件件有有关关，而而与与执执行行

4、时时间间无无关关。即即只只要要程程序序的的初初始始条条件件相相同同，它它的的执执行行结结果果是是相相同同的的，不不论论它它在在什什么么时时间执行，也不管计算机的运行速度。间执行，也不管计算机的运行速度。5 54.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.2 4.1.2 程序的并发执行程序的并发执行例：例：在在系系统统中中有有n n个个作作业业，每每个个作作业业都都有有三三个个处处理理步步骤骤，输入数据、处理、输出，即输入数据、处理、输出，即I Ii i,C,Ci i,P,Pi i(i=1,2,3,.,n)(i=1,2,3,.,n)。这这些些作作业业系系统统中中执执行行时时是是对对

5、时时间间的的偏偏序序，有有些些操操作作必必须须在在其其它它操操作作之之前前执执行行，这这是是有有序序的的，但但有有些些操操作是可以同时执行的。作是可以同时执行的。例如例如:I1I1、C1C1、P1P1的的执执行行必必须须严严格格按按照照I1I1，C1C1，P1P1的的顺顺序，而序，而P1P1与与I2I2，C1C1与与I2I2，I3I3与与P1P1是可以同时执行的。是可以同时执行的。6 64.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.2 4.1.2 程序的并发执行程序的并发执行l l例如例如:l l I1 I1、C1C1、P1P1的执行必的执行必须严格按照须严格按照I1I1，C1C

6、1，P1P1的顺序，而的顺序，而P1P1与与I2I2，C1C1与与I2,I3I2,I3与与P1P1是可以同时是可以同时执行的。执行的。7 74.1 4.1 并发活动进程的引入并发活动进程的引入4.1.2 4.1.2 程序的并发执行程序的并发执行l程序并发执行（定义）l 若若干干个个程程序序段段同同时时在在系系统统中中运运行行，这这些些程程序序的的执执行行在在时时间间上上是是重重迭迭的的，一一个个程程序序段段的的执执行行尚尚未未结结束束，另另一一个个程程序序段段的的执执行行已已经经开开始始，即即使使这这种种重重迭迭是是很很小小的的，也也称称这这几几个个程程序序段段是是并并发执行的。发执行的。8

7、84.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.2 4.1.2 程序的并发执行程序的并发执行程序并发执行的描述程序并发执行的描述 cobegin cobegin S S1 1;S;S2 2;S;S3 3;.;S;.;SN N coend;coend;S Si i(i=1,2,3,.,n)(i=1,2,3,.,n)表表示示n n个个语语句句（程程序序段段），这这n n个个语语句句用用cobegincobegin和和coendcoend括括起起来来表表示示这这n n个个语语句句是是可可以以并并发执行的。发执行的。coco是是concurrentconcurrent的头两个字符。的头两

8、个字符。这是这是DijkstraDijkstra提出的。提出的。9 94.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.2 4.1.2 程序的并发执行程序的并发执行l l假设有一个程序由假设有一个程序由l lS S0 0S Sn+1n+1个语句，个语句，l l其其中中 S S1 1S Sn n语语句句是是并并发发执行的，程序如下：执行的，程序如下：l l S S0 0;l l cobegin cobeginl l S S1 1;S;S2 2;S;S3 3;.;S;.;SN Nl l coend;coend;l l S Sn+1n+1;10104.1 4.1 并发活动进程的引入并发活动

9、进程的引入4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄一、一个循环程序顺序执行的誊抄一、一个循环程序顺序执行的誊抄算法算法1 1：输入：输入：f f 输出：输出：g g while(f while(f 不为空）不为空）input;input;output;output;由这个程序完成誊抄工作是不会出错的。由这个程序完成誊抄工作是不会出错的。11114.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄二、两个程序并发执行完成誊抄二、两个程序并发执行完成誊抄l l 设有一台标准输入设备（键盘），和一台标准输出设有一台标准输入设备（

10、键盘），和一台标准输出设备（显示器或打印机），输入程序负责从标准设备设备（显示器或打印机），输入程序负责从标准设备中读取一个字符，送缓冲区中。输出程序从缓冲区中中读取一个字符，送缓冲区中。输出程序从缓冲区中取数据，送标准设备输出。取数据，送标准设备输出。12124.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄二、两个程序并发执行完成誊抄二、两个程序并发执行完成誊抄算法：算法：2 2 cobegin cobegin while(while(不为结束符）不为结束符）/*/*输入程序段输入程序段 */*/input;/*input;/*从标

11、准输入设备读入一个数据从标准输入设备读入一个数据*/*/send;/*send;/*将读入的数据送到将读入的数据送到bufferf*/bufferf*/while(buffer while(buffer不为空）不为空）/*/*输出程序段输出程序段*/*/receive;/*receive;/*从从bufferfbufferf中取数据中取数据*/*/output;/*output;/*送打印机输出送打印机输出*/*/coend coend 13134.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄二、两个程序并发执行完成誊抄二、两个程序并

12、发执行完成誊抄这两个程序段并发执行时可能出现如下情况：这两个程序段并发执行时可能出现如下情况：1 1、输输出出程程序序运运行行的的速速度度比比输输入入程程序序快快时时，有有些些输输出出会会重复；重复；如如输输入入送送入入了了一一个个字字符符“A”“A”，输输出出取取出出打打印印“A”“A”，当当输输入入还还未未送送入入新新的的数数据据，输输出出程程序序已已执执行行，又又取取出出“A”“A”打打印印，这这样样“A”“A”的输出就重复了，出错。的输出就重复了，出错。2 2、输输入入程程序序执执行行的的速速度度比比输输出出程程序序快快时时，有有些些数数据据会会丢失；丢失；如如输输入入程程序序送送入入

13、一一个个字字符符“B”“B”，紧紧接接着着（当当输输出出程程序序还还未未取取走走字字符符“B”“B”）又又送送入入字字符符“N”“N”，这这时时输输出出程程序序取取走走的的是是“N”“N”，“B”“B”就丢失了。就丢失了。14144.1 4.1 并发活动进程的引入并发活动进程的引入4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄 三、三个并发执行程序的誊抄三、三个并发执行程序的誊抄l lgetget程序负责从输入序列程序负责从输入序列f f中读取字符中读取字符l l并送到缓冲区并送到缓冲区s s中中;l lcopycopy程序把缓冲区程序把缓冲区s s中的数据复制到缓冲区中的数据复制到

14、缓冲区t t中去中去;l lputput程序从缓冲区程序从缓冲区t t中取出数据打印。中取出数据打印。15154.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.3 4.1.3 并发执行实行誊抄并发执行实行誊抄 三、三个并发执行程序的誊抄三、三个并发执行程序的誊抄l 假假设设有有两两个个缓缓冲冲区区，每每个个缓缓冲冲区区只只存存放放一一个个字字符符，getget程程序序负负责责从从输输入入序序列列f f中中读读一一个个字字符符，然然后后，送送到到缓缓冲冲区区s s中中，copycopy程程序序负负责责将将s s中中的的字字符符复复制制到到t t中中，putput负负责责从从t t中中提

15、提取取字字符符打打印。这个算法是正确的。印。这个算法是正确的。16164.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.4 4.1.4 与时间有关的错误与时间有关的错误假定假定f f系列中有记录系列中有记录 f=(R1,R2,.,Rn)f=(R1,R2,.,Rn)g=()g=()在誊抄完成后：在誊抄完成后：f=()f=()g=(R1,R2,.,Rn)g=(R1,R2,.,Rn)算法中的：算法中的：copyt=s copyt=s put put put(t,g)put(t,g)get get get(s,f)get(s,f)17174.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4

16、.1.4 4.1.4 与时间有关的错误与时间有关的错误l l若程序错写成：若程序错写成：l lwhile(while(誊抄未完成）誊抄未完成）l l cobegin cobeginl l copy;copy;l l put;put;l l get;get;l l coend coendl l l l初始状态：初始状态：l l f=(R1,R2,.,Rn)f=(R1,R2,.,Rn)l l s=()t=()g=()s=()t=()g=()l l首先执行了首先执行了get(s,f)get(s,f)l l f=(R2,.,Rn)f=(R2,.,Rn)l l s=R1,t=(),g=()s=R1,t=

17、(),g=()l l按按 照照 copy,put,getcopy,put,get执执 行行第一次重复语句第一次重复语句f=(R3,R4,Rn),s=R2,f=(R3,R4,Rn),s=R2,t=R1,g=R1t=R1,g=R118184.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4.1.4 4.1.4 与时间有关的错误与时间有关的错误然然后后，copy,put,getcopy,put,get三三个个程程序序段段并并发发执执行行，就就有有六六种种组合：组合：1 1、copy;put;get copy;put;get 导致结果：导致结果：g=(R1,R2)g=(R1,R2)2 2、copy;

18、get;put copy;get;put 导致结果：导致结果：g=(R1,R2)g=(R1,R2)3 3、put;copy;get put;copy;get 导致结果：导致结果：g=(R1,R1)g=(R1,R1)4 4、put;get;copy put;get;copy 导致结果：导致结果：g=(R1,R1)g=(R1,R1)5 5、get;copy;put get;copy;put 导致结果：导致结果：g=(R1,R3)g=(R1,R3)6 6、get;put;copy get;put;copy 导致结果：导致结果：g=(R1,R1)g=(R1,R1)这就是与时间有关的错误。这就是与时间有

19、关的错误。19194.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4 4.1.5 1.5 程序并发执行的特点程序并发执行的特点一、失去了程序的封闭性一、失去了程序的封闭性 如如果果程程序序执执行行的的结结果果是是一一个个与与时时间间无无关关的的函函数数，即即具有封闭性。具有封闭性。若若一一个个程程序序的的执执行行可可改改变变另另一一个个程程序序的的变变量量，象象二二个个并并发发程程序序完完成成誊誊抄抄的的例例子子，程程序序执执行行的的结结果果不不仅仅依依赖赖于于程程序序的的初初始始条条件件，还还依依赖赖于于程程序序执执行行时时的的相相对对速速度，在这种情况下就失去了程序的封闭性。度，在这种

20、情况下就失去了程序的封闭性。教材教材P71P71介绍了两个并发程序共享变量的例子介绍了两个并发程序共享变量的例子20204.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人4 4.1.5 1.5 程序并发执行的特点程序并发执行的特点二、程序与计算不再一一对应二、程序与计算不再一一对应 在在程程序序顺顺序序执执行行时时，一一个个程程序序总总是是对对应应一一个个具具体体的的计计算算，但但在在程程序序的的并并发发执执行行时时，可可能能有有多多用用户户共共享享使使用用同同一一个个程程序序，但但处处理理（计计算算）的的对对象象却却是是不不同同的的，例例如如，在在多多用用户户环环境境下下，可可能能同同时时

21、有有多多个个用用户户调调用用C C语语言言的的编编译译程程序序，这这就就是是典典型型的的一一个个程程序序对对应应多多个个用用户户源程序的情况。源程序的情况。21214.1 4.1 并发活动进程的引入并发活动进程的引入4 4.1.5 1.5 程序并发执行的特点程序并发执行的特点三、程序并发执行的相互制约三、程序并发执行的相互制约 在在多多道道程程序序设设计计的的环环境境下下，程程序序是是并并发发执执行行的的。即即系系统统中中有有多多道道程程序序在在“同同时时”执执行行，这这些些程程序序之之间间要要共共享享系系统统的的资资源源，程程序序之之间间有有合合作作（通通信信）的的关关系系。合合作作与与竞竞

22、争争产产生生一一系系列列的的矛矛盾盾，这这些些矛矛盾盾实实际际上上是是一一种相互制约，有直接的，也有间接。种相互制约，有直接的，也有间接。回头来，我们再看看操作系统的第三个特性：回头来，我们再看看操作系统的第三个特性：不确定性不确定性22224.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.1 4.2.1 进程的定义进程的定义 在在多多道道程程序序设设计计的的环环境境下下，为为了了描描述述程程序序在在计计算算机机系系统统内内的的执执行行情情况况，必必须须引引入入新新的的概概念念进程。进程。进进程程的的概概念念来来自自于于麻麻省省理理工工的的MULTICSMULTICS

23、、IBMIBM的的 C CTSS/360TSS/360，在在IBMIBM的的OS/360/370OS/360/370系系统统中中也也曾曾叫过任务（叫过任务（task)task)。23234.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.1 4.2.1 进程的定义进程的定义进程的定义（枚举法）进程的定义（枚举法）行行为为的的一一个个规规则则叫叫做做程程序序，程程序序在在处处理理机机上上执执行行时时所所发生的活动称为进程（发生的活动称为进程（Dijkstra)Dijkstra)。进进程程是是这这样样的的计计算算部部分分，它它是是可可以以和和其其它它计计算算并并行行的的一个

24、计算。一个计算。(Donovan)(Donovan)进进程程（有有时时称称为为任任务务）是是一一个个程程序序与与其其数数据据一一道道通通过过处理机的执行所发生的活动。（处理机的执行所发生的活动。（Alan.C.Shaw)Alan.C.Shaw)进进程程是是执执行行中中的的程程序序。（Ken Ken Thompson Thompson and and Dennis Dennis Ritchie)Ritchie)教材上给出的进程的定义：教材上给出的进程的定义：进进程程，即即是是一一个个具具有有一一定定独独立立功功能能的的程程序序关关于于某某个个数据集合的一次活动。数据集合的一次活动。24244.2

25、 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.1 4.2.1 进程的定义进程的定义 进程与程序的区别与联系：进程与程序的区别与联系：1 1、程程序序是是指指令令的的集集合合，是是静静态态的的概概念念。进进程程是是程程序序在在处处理理机机上上的的一一次次执执行行的的过过程程，是是动动态态的的概概念念。程程序序可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。2 2、进进程程是是一一个个独独立立的的运运行行单单位位，能能与与其其它它进进程程并并行行（并发）活动。而程序则不是。（并发）活动。而程序则不是。3 3、进进程程是是竞竞争争计

26、计算算机机系系统统有有限限资资源源的的基基本本单单位位，也也是是进行处理机调度的基本单位。进行处理机调度的基本单位。4 4、一一个个程程序序可可以以作作为为多多个个进进程程的的运运行行程程序序，一一个个进进程程也可以运行多个程序。也可以运行多个程序。25254.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.1 4.2.1 进程的定义进程的定义 进程与程序的区别与联系：进程与程序的区别与联系：例子：光盘（例子：光盘（CDCD、VCDVCD）光盘（程序）光盘（程序）放光盘的活动（进程）放光盘的活动（进程）2626进程的属性结构性共享性动态性独立性制约性并发性27274.2

27、 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.2 4.2.2 进程的类型进程的类型在在系系统统中中同同时时有有多多个个进进程程存存在在，但但归归纳纳起起来来有有两大类：两大类：1 1、系统进程、系统进程 系统进程起着资源管理和控制的作用。系统进程起着资源管理和控制的作用。或者：执行操作系统核心代码的进程。或者：执行操作系统核心代码的进程。2 2、用户进程、用户进程 执行用户程序的进程。执行用户程序的进程。28284.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.2 4.2.2 进程的类型进程的类型系统进程与用户进程的区别：系统进程与用户进程的区

28、别：1 1、系系统统进进程程被被分分配配一一个个初初始始的的资资源源集集合合，这这些些资资源源可可以以为为它它独独占占，也也能能以以最最高高优优先先权权的的资资格格使使用用。用用户户进进程通过系统服务请求的手段竞争使用系统资源；程通过系统服务请求的手段竞争使用系统资源；2 2、用用户户进进程程不不能能直直接接做做I/OI/O操操作作，而而系系统统进进程程可可以以做做显式的、直接的显式的、直接的I/OI/O操作。操作。3 3、系系统统进进程程在在管管态态下下活活动动，而而用用户户进进程程则则在在用用户户态态（目态）下活动。（目态）下活动。另一种分类：计算进程，另一种分类：计算进程，I/OI/O进

29、程等进程等29294.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态一、进程的基本状态一、进程的基本状态进程在系统中的活动规律是：进程在系统中的活动规律是：执行执行 暂停暂停 执行执行进程的三种基本状态：进程的三种基本状态：运行状态运行状态 就绪状态就绪状态 等待状态（又称阻塞、挂起、睡眠）等待状态（又称阻塞、挂起、睡眠）30304.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态 一、进程的基本状态一、进程的基本状态1 1、就绪状态（、就绪状态（Ready)Ready)存

30、存在在于于处处理理机机调调度度队队列列中中的的那那些些进进程程，它它们们已已经经准准备备就就绪绪，一一旦旦得得到到CPUCPU，就就立立即即可可以以运运行行，这这些些进进程程所所取取的的状状态态为为就就绪状态。（有多个进程处于此状态）绪状态。（有多个进程处于此状态）2 2、运行状态、运行状态(Running(Running）当当进进程程由由调调度度/分分派派程程序序分分派派后后，得得到到CPUCPU控控制制权权，它它的的程程序序正正在在运运行行，该该进进程程所所处处的的状状态态为为运运行行状状态态。（在在系系统统中中，总只有一个进程处于此状态）总只有一个进程处于此状态）3 3、等待状态（、等待

31、状态（Wait)Wait)若若一一个个进进程程正正在在等等待待某某个个事事件件的的发发生生（如如等等待待I/OI/O的的完完成成），而而暂暂停停执执行行，这这时时，即即使使给给它它CPUCPU时时间间，它它也也无无法法执执行行，则称该进程处于等待状态。则称该进程处于等待状态。31314.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态二、进程状态变迁图二、进程状态变迁图l l进程的状态不是固定不变的，而是在不断变换。进程的状态不是固定不变的，而是在不断变换。三态模型32324.2 4.2 进程概念进程概念(process)(proce

32、ss)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态二、进程状态变迁图二、进程状态变迁图运行运行 等待等待 等待某事件的发生（如等待等待某事件的发生（如等待I/OI/O完成）完成）等待等待 就绪就绪 事件已经发生（如事件已经发生（如I/OI/O完成）完成）运行运行 就绪就绪 时间片到（例如，两节课时间到，下课）时间片到（例如，两节课时间到，下课）新建进程新建进程 就绪就绪 新创建的进程进入就绪状态新创建的进程进入就绪状态就绪就绪 运行运行 当当处处理理机机空空闭闭时时，由由调调度度（分分派派）程程序序从从就就绪绪进进程程队队列中选择一个进程占用列中选择一个进程占用CPUCPU。3333很多系统中

33、，增加很多系统中，增加2 2个进程状态：个进程状态：新建态（新建态（newnew）：对应于进程被创建时的状态，进程尚未）：对应于进程被创建时的状态，进程尚未进入就绪队列。进入就绪队列。终止态（终止态（exitexit）：进程完成任务到达正常结束点，或由于）：进程完成任务到达正常结束点，或由于某种原因被终止运行的状态。某种原因被终止运行的状态。UNIXUNIX进程状态有进程状态有9 9种，种，LinuxLinux进程状态有进程状态有6 6种。种。34344.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态三、作业、作业状态及转移三、作业

34、、作业状态及转移 在在批批处处理理系系统统中中一一个个用用户户程程序序的的执执行行的的全全过过程程称称为为一一个个作作业业，当当作作业业提提交交给给计计算算中中心心（或或机机房房）后后，由由机机房房工工作作人人员员录录入入到到存存储储设设备备上上（如如磁磁带带、磁磁盘盘等等），然然后后，由由作作业业调调度度程程序序按按某某种种调调度度策策略略将将作作业业调调入入计计算算机机系系统统执执行行，执执行行完完成成后后，由由作作业业调调度度程程序序做做作作业的善后处理工作，至此一个作业完成。业的善后处理工作，至此一个作业完成。35354.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)

35、4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态三、作业、作业状态及转移三、作业、作业状态及转移 我们把上述对作业的操作归纳成四种状态：我们把上述对作业的操作归纳成四种状态：1 1、提交状态、提交状态 用户将自己的程序和数据放在输入设备上，等待；用户将自己的程序和数据放在输入设备上，等待；2 2、后备状态、后备状态 系系统统响响应应用用户户的的要要求求，将将作作业业带带领领到到直直接接存存取取的的后后援援存存储储器器中中，等待调度；等待调度；3 3、执行状态、执行状态 从作业计算开始，到计算完成为止，该作业处于执行状态。从作业计算开始，到计算完成为止，该作业处于执行状态。4 4、完成状态、完成状态

36、 从从作作业业计计算算完完成成开开始始，到到善善后后处处理理完完毕毕退退出出系系统统为为止止，称称为为作作业业完成状态。完成状态。36364.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.3 4.2.3 进程的状态进程的状态三、作业、作业状态及转移三、作业、作业状态及转移37374.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.4 4.2.4 进程描述进程描述在系统中一个进程存在：在系统中一个进程存在：进程控制块（数据结构）进程控制块（数据结构）进程的执行程序（一个可执行文件）进程的执行程序（一个可执行文件）进程总是位于某个队列进程总是位于某

37、个队列(就绪、等待某事件队列就绪、等待某事件队列)处于某种状态（运行、就绪、等待）处于某种状态（运行、就绪、等待）占用某些系统资源（内存，打开某些文件、处理机、占用某些系统资源（内存，打开某些文件、处理机、外设）外设）3838进程队列及其管理有有3 3种常用的队列：种常用的队列：线性方式：线性表线性方式：线性表链接方式：单项链接或双向链接链接方式：单项链接或双向链接索引方式：索引表索引方式：索引表LinuxLinux中有双向循环链表、进程可运行队列链表、散列表中有双向循环链表、进程可运行队列链表、散列表和等待队列链表等多种组织进程块结构的方式和等待队列链表等多种组织进程块结构的方式39394.

38、2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.4 4.2.4 进程描述进程描述l l进进程程控控制制块块 PCB PCB(Process(Process Control Block)Control Block)l l 存存放放进进程程的的管管理理和和控控制制信信息息的的数数据据结结构构称称为为进进程程控控制制块块。它它是是进进程程管管理理和和控控制制的的最最重重要要的的数数据据结结构构，在在创创建建时时，建建立立PCBPCB，并并伴伴随随进进程程运运行行的的全全过过程程，直直到到进进程程撤撤消消而而撤撤消消。PCBPCB就就象象我我们们的的户口。户口。40404.2

39、进程概念(process)4.2.4 进程描述进程控制块进程控制块 PCB PCB 1 1、进程标识符、进程标识符 name name 每每个个进进程程都都必必须须有有一一个个唯唯一一的的标标识识符符，可可以以是是字字符符串串，也也可可以以是是一一个个数数字字。UNIXUNIX系系统统中中就就是是一一个个整整型型数数。在在进进程程创创建建时时由由系统赋予。系统赋予。2 2、进程当前状态、进程当前状态 status status 说明进程当前所处的状态。说明进程当前所处的状态。为为了了管管理理的的方方便便，系系统统设设计计时时会会将将相相同同的的状状态态的的进进程程组组成成一一个个队队列列，如如

40、就就绪绪进进程程队队列列，等等待待进进程程则则要要根根据据等等待待的的事事件件组组成成多多个个等等待待队队列列，如如等等待待打打印印机机队队列列、等等待待磁磁盘盘I/OI/O完完成成队队列列等等等。等。41414.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述进程控制块进程控制块 PCB PCBl l3 3、当前队列指针、当前队列指针 next nextl l 登登记记与与本本进进程程处处于于同同一一队队列列的的下下一一个个进进程程的的PCBPCB的的地址。地址。42424.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.4 4.2.4 进程描述进程描述进程控制块进

41、程控制块 PCB PCB4 4、总链指针、总链指针 all-q-next all-q-next5 5、执行程序开始地址、执行程序开始地址 start-addr start-addr6 6、进程优先级、进程优先级 priority priority 进进程程的的优优先先级级反反映映进进程程的的紧紧迫迫程程序序，通通常常由由用用户户指指定定和和系系统统设设置置。UNIXUNIX系系统统采采用用用用户户设设置置和和系系统统计计算算相相结合的方式确定进程的优先级结合的方式确定进程的优先级。43434.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.4 4.2.4 进程描述进程描

42、述进程控制块进程控制块 PCB PCB7 7、CPUCPU现场保护区现场保护区 cpustatus cpustatus 当当进进程程因因某某种种原原因因不不能能继继续续占占用用CPUCPU时时（等等待待打打印印机机），释释放放CPUCPU，这这时时就就要要将将CPUCPU的的各各种种状状态态信信息息保保护护起起来来，为为将将来来再再次次得得到到处处理理机机恢恢复复CPUCPU的的各各种种状状态态，继继续续运运行行。例例如如，我我们们下下课课，这这时时我我要要记记住住这这次次讲讲到到什么地方，下次课接着讲。什么地方，下次课接着讲。8 8、通信信息、通信信息 communication infor

43、mation communication information 是指某个进程在运行的过程中要与其它进程进行通是指某个进程在运行的过程中要与其它进程进行通信，该区记录有关进程通信方面的信息。信，该区记录有关进程通信方面的信息。44444.2 4.2 进程概念进程概念(process)(process)4.2.4 4.2.4 进程描述进程描述进程控制块进程控制块 PCB PCB9 9、家族联系、家族联系 process family process family 有有的的系系统统允允许许一一个个进进程程可可创创建建自自已已的的子子进进程程，子子进进程程还还可可以以创创建建，一一个个进进程程往往往

44、往处处在在一一个个家家族族之之中，就需要记录进程在家族中位置的信息。中，就需要记录进程在家族中位置的信息。1010、占有资源清单、占有资源清单 own-resource own-resource 进进程程占占用用系系统统资资源源的的情情况况，不不同同的的系系统统的的处处理理差差别很大，别很大，UNIXUNIX系统中就没有此项。系统中就没有此项。45454.3 4.3 进程控制进程控制4.3.1 4.3.1 进程控制的概念进程控制的概念 进进程程是是有有生生命命周周期期的的，产产生生、运运行行、暂暂停停、终终止止。对进程的这些操作叫进程控制。对进程的这些操作叫进程控制。进进程程控控制制的的职职责

45、责是是对对系系统统中中全全部部进进程程实实施施有有效效的的管管理理，它它是是处处理理机机管管理理的的部部分分（另另一一部部分分是是进进程程调调度度），当当系系统统允允许许多多进进程程并并发发执执行行时时，为为了了实实现现共共享享、协协调调并并发发进进程程的的关关系系，处处理理机机管管理理必必须须提提供供对对进进程程实实行行有有效的管理效的管理。46464.3 4.3 进程控制进程控制4.3.1 4.3.1 进程控制的概念进程控制的概念 进程控制包括：进程控制包括：进程创建、进程创建、进程撤消、进程撤消、进程阻塞、进程阻塞、进程唤醒。进程唤醒。这些操作都要对应地执行一个特殊的程序段（操作这些操作

46、都要对应地执行一个特殊的程序段（操作系统核心程序），同时系统也通过系统调用给用户提系统核心程序），同时系统也通过系统调用给用户提供进程控制的功能。教材上叫原语（一种特殊的系统供进程控制的功能。教材上叫原语（一种特殊的系统调用）。调用）。47474.3 4.3 进程控制进程控制4.3.1 4.3.1 进程控制的概念进程控制的概念l l运行状态运行状态 等待状态等待状态 l l 进程阻塞进程阻塞l l等待状态等待状态 就绪状态就绪状态 l l 进程唤醒进程唤醒l l新建进程置为就绪状态新建进程置为就绪状态 l l 进程创建进程创建l l进程终止（消亡）进程终止（消亡）l l 进程撤消进程撤消l l

47、就绪状态就绪状态 运行状态运行状态 l l 进程调度进程调度48484.3 4.3 进程控制进程控制4.3.1 4.3.1 进程控制的概念进程控制的概念 在在UNIXUNIX系统中进程控制的系统调用有：系统中进程控制的系统调用有：fork()fork()创建子进程创建子进程 sleep()sleep()进程睡眠进程睡眠 exit()exit()进程自已终止进程自已终止 wait()(wait()(父）等待子进程终止父）等待子进程终止 wakeup()wakeup()进程唤醒进程唤醒 49494.3 4.3 进程控制进程控制4.3.2 4.3.2 进程创建进程创建 在在UNIXUNIX系系统统中

48、中用用户户键键入入一一个个命命令令（如如date,date,ps,ls)ps,ls)，shellshell就创建一个进程。就创建一个进程。一一个个程程序序（可可执执行行的的）如如果果可可分分成成几几个个程程序序段段，并并且且这这些些程程序序段段可可并并发发执执行行，用用户户程程序序可可使使用用创创建建程程序序的的系统调用创建多个进程，每个进程执行一个程序段。系统调用创建多个进程，每个进程执行一个程序段。进程创建类似于人出生后要到派出所报户口。进程创建类似于人出生后要到派出所报户口。50504.3 4.3 进程控制进程控制4.3.2 4.3.2 进程创建进程创建l l进程创建系统调用：进程创建系

49、统调用：l l create(name,prioricreate(name,priority,start-addr)ty,start-addr)l lUNIXUNIX系统：系统：l l fork()fork()51514.3 4.3 进程控制进程控制4.3.2 4.3.2 进程创建进程创建52524.3 4.3 进程控制进程控制4.3.3 4.3.3 进程撤消进程撤消 进进程程完完成成其其任任务务，希希望望终终止止时时，调调用用撤撤消消进进程的系统调用（进程撤消原语）撤消进程。程的系统调用（进程撤消原语）撤消进程。在在一一般般操操作作系系统统中中进进程程撤撤消消的的系系统统调调用用是是：kil

50、lkill UNIXUNIX系统中是系统中是exit()exit()。53534.3 4.3 进程控制进程控制4.3.3 4.3.3 进程撤消进程撤消54544.3 4.3 进程控制进程控制4.3.3 4.3.3 进程撤消进程撤消55554.3 4.3 进程控制进程控制 进程挂起进程挂起 当一个处在运行状态的进程，因等待某个事件的发当一个处在运行状态的进程，因等待某个事件的发生（如等待打印机）而不能继续运行时，将调用进程生（如等待打印机）而不能继续运行时，将调用进程挂起系统调用，把进程的状态置为阻塞状态，并调用挂起系统调用，把进程的状态置为阻塞状态，并调用进程调度程序（等于让出处理机）。在进程