操作系统_进程管理.ppt

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1、第三章第三章 进程管理进程管理内容提要：内容提要：进程的概念及描述进程的概念及描述进程的状态转换及控制进程的状态转换及控制进程的互斥与同步进程的互斥与同步进程通信进程通信死锁问题死锁问题线程的概念线程的概念3.1 3.1 进程的概念进程的概念操作系操作系统的任的任务？使用使用户充分、有效地利用系充分、有效地利用系统资源。源。如何如何实现？通通过程序的并程序的并发执行以及行以及资源共享来源共享来实现为何要何要这样做？做？程序的顺序执行程序的顺序执行每每个个指指令令周周期期开开始始时，依依据据在在程程序序计数数器器中中的的指指令地址从存令地址从存储器中取一条指令器中取一条指令在在取取指指完完成成后

2、后根根据据指指令令类别自自动将将程程序序计数数器器的的值变成下条指令的地址，自增成下条指令的地址，自增1 1取到的指令放在指令寄存器中取到的指令放在指令寄存器中处理器解理器解释并并执行所要求的行所要求的动作作形式化描述：形式化描述：Repeat IR M pcpc pc+1 Execute(instruction in IR)Until CPU halt一个具有独立功能的程序独占一个具有独立功能的程序独占处理机直至理机直至最最终结束的束的过程称程称为程序的程序的顺序序执行行程序的程序的顺序序执行特点：行特点：(1)顺序性序性程序程序顺序序执行行时，其，其执行行过程可看作一系列程可看作一系列严格

3、按格按程序程序规定的状定的状态转移移过程。程。(2)封封闭性性程序程序执行得到的最行得到的最终结果由果由给定的初始条件决定，定的初始条件决定，不受外界因素的影响。不受外界因素的影响。(3)可再可再现性性只要只要输入的初始条件相同，入的初始条件相同，则无无论何何时重复重复执行行该程序都会得到相同的程序都会得到相同的结果。果。程序的并发执行程序的并发执行并发执行：并发执行：在在一一定定时间内内物物理理机机器器上上有有两两个个或或两两个个以以上上的的程程序序同同处于于开开始始运运行行但但尚尚未未结束束的状的状态，并且次序不是事先确定的，并且次序不是事先确定的BAABBAAB特征：特征：（1 1）程序

4、结果的不可再现性）程序结果的不可再现性 并并发程程序序执行行的的结果果与与其其执行行的的相相对速速度度有关，是不确定的有关，是不确定的（2 2）在并发环境下程序的执行是间断性的）在并发环境下程序的执行是间断性的 执行行停停执行行（3 3）资源共享）资源共享系统中资源被多个进程使用系统中资源被多个进程使用（4 4）独立性和制约性）独立性和制约性独立的相对速度、起始时间独立的相对速度、起始时间 进程之间可相互作用（相互制约）进程之间可相互作用（相互制约）可分为直接作用和间接作用可分为直接作用和间接作用引入并发的目的：引入并发的目的：引引入入并并发是是为了了提提高高资源源利利用用率率，从从而而提高系

5、提高系统效率效率并并发与并行概念的区与并行概念的区别：concurrency,parallelconcurrency,parallel在顺序环境下在顺序环境下 CPUCPU利用率利用率=40/80=50%=40/80=50%DEV1 DEV1利用率利用率=15/80=18.75%=15/80=18.75%DEV2 DEV2利用率利用率=25/80=31.25%=25/80=31.25%t(s)t(s)CPU DEV1 DEV2 CPU CPU A 10 15 20 3040 DEV2 CPU DEV 1 DEV2 CPU B 1020 30 40 25例：例：例：例：在并在并发环境下境下 CP

6、UCPU利用利用 =89%=89%DEV1DEV1并并发环境下利用境下利用 =33%=33%DEV2DEV2并并发环境下利用境下利用 =66%=66%A AB BCPUCPUDEV1DEV1DEV2DEV2CPUCPUCPUCPU10101515202030304040 t(s)t(s)2525DEV1DEV1CPUCPU35354545DEV2DEV2CPUCPUDEV2DEV2思考思考 若程序若程序Pa和和Pb单独独执行行时分分别用用Ta和和Tb，Ta=1小小时，Tb=1.5小小时，其中，其中处理器工作理器工作时间分分别为ta=18分分钟，tb=27分分钟，如果采，如果采用多道程序用多道程

7、序设计方法，方法，让pa、pb并并发执行，行，假定假定处理器利用率到达理器利用率到达50%，另加，另加15分分钟系系统开开销，请问系系统效率能提高多少？效率能提高多少？并并发执行的条件行的条件（Bernstein条件）条件）：对于于语句句S1和和S2，需同，需同时满足：足：R(S1)W(S2)=，W(S1)R(S2)=，W(S1)W(S2)=顺序程序和并发程序的执行相比，（顺序程序和并发程序的执行相比，（）。）。A A基本相同基本相同 B B、有点不同、有点不同 C C并发程序执行总体上执行时间快并发程序执行总体上执行时间快 D D、顺序程序执行总体上执行时间快、顺序程序执行总体上执行时间快

8、并发程序打破了顺序程序的哪些特点（）并发程序打破了顺序程序的哪些特点（）A A、顺序性、顺序性 B、可再现性、可再现性 C并发性并发性 D D、封闭性、封闭性 E E、相关性、相关性操作系操作系统如何如何实现程序的并程序的并发和和资源的共享呢？源的共享呢？考虑因素：考虑因素：在多道程序在多道程序在多道程序在多道程序环环境下如何向用境下如何向用境下如何向用境下如何向用户户提供服提供服提供服提供服务务在并在并在并在并发发程序之程序之程序之程序之间间如何正确如何正确如何正确如何正确传递传递消息（通消息（通消息（通消息（通讯讯）如如如如何何何何对对CPUCPUCPUCPU进进行行行行调调度度度度，保保

9、保保证证每每每每个个个个用用用用户户相相相相对对公公公公平平平平地地地地得得得得到到到到CPUCPUCPUCPU引入一个分配和管理系引入一个分配和管理系统资源的基本源的基本单位位进程的定义进程的定义进程是可以并行程是可以并行执行的行的计算部分算部分进程是一个独立的可以程是一个独立的可以调度的活度的活动进程是一抽象程是一抽象实体，当它体，当它执行某个任行某个任务时，将要分配和将要分配和释放各种放各种资源源 行行为的的规则叫程序，程序在叫程序，程序在处理机上理机上执行行时的活的活动称称为进程程进程是具有独立功能的程序关于某个数据进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资

10、源集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位分配和调度的独立单位并并发执行的程序在行的程序在执行行过程中分配和管程中分配和管理理资源的基本源的基本单位位进程何时创建进程何时创建?提交一个批提交一个批处理作理作业用用户登登录由由OSOS创建建，用用以以向向一一用用户提提供供服服务(如如：打印文件打印文件)由已存在的一由已存在的一进程程创建建一个用一个用户程序可程序可创建成多个建成多个进程程进程何时中止进程何时中止?批批处理作理作业发出出暂停（停（HaltHalt）指令指令用用户退出登退出登录进程程执行一中止服行一中止服务请求求出出错及失及失败因素因素进程中止的原因进程中止的原因正常

11、正常结束束给定定时限到限到缺少内存缺少内存存存储器出界器出界保保护性出性出错例子例子:写只写只读文件文件算算术错超出超出时间进程等待超程等待超过对某事件的最大某事件的最大值进程中止的原因（续进程中止的原因（续1）I/O I/O 失失败无效指令无效指令如如试图执行数据行数据特特权指令指令操作系操作系统干干预如当死如当死锁发生生时父父进程程请求中止某一子求中止某一子进程程父父进程中止，所以子程中止，所以子进程也中止程也中止程序与进程之间的区别：程序与进程之间的区别：进程更能真程更能真实地描述并地描述并发，而程序不能，而程序不能程序是静程序是静态的，的，进程是程是动态的的进程程有有生生命命周周期期，

12、有有诞生生有有消消亡亡，短短暂的的；而程序是相而程序是相对长久的久的一个程序可一个程序可对应多个多个进程，反之亦然程，反之亦然进程具有程具有创建其他建其他进程的功能，而程序没有程的功能，而程序没有进程的分类：进程的分类：系统进程系统进程用户进程用户进程（系统进程优先于用户进程）（系统进程优先于用户进程）进程和程序的本质区别是（进程和程序的本质区别是（）。）。A存储在内存和外存存储在内存和外存 B、顺序和非顺序执行机器指令、顺序和非顺序执行机器指令C分时使用和独占使用计算机资源分时使用和独占使用计算机资源 D、动态和静态特征、动态和静态特征3.2 3.2 进程的状态及其转换进程的状态及其转换进程

13、的三种基本状态：进程的三种基本状态：进进程程在在生生命命消消亡亡前前处处于于且且仅仅处处于于三三种种基基本本状态之一状态之一不同系统设置的进程状态数目不同不同系统设置的进程状态数目不同运行态（运行态（RunningRunning）：）：进程占有进程占有CPUCPU，并在，并在CPUCPU上运行上运行就绪态（就绪态（ReadyReady）：）：一一个个进进程程已已经经具具备备运运行行条条件件，但但由由于于无无CPUCPU暂暂时时不不能能运运行行的的状状态态（当当调调度度给给其其CPUCPU时时，立立即即可可以以运行）运行）等待态（等待态（BlockedBlocked）：阻塞态、挂起态、封锁态）：

14、阻塞态、挂起态、封锁态 冻结态、睡眠态冻结态、睡眠态指指进进程程因因等等待待某某种种事事件件的的发发生生而而暂暂时时不不能能运运行行的的状态状态 （即使（即使CPUCPU空闲，该进程也不可运行）空闲，该进程也不可运行）已已经获得得除除（）以以外外的的所所有有运运行行所所需需资源源的的进程程处于就于就绪状状态。A存存储器器 B、打印机、打印机 C、CPU D、磁、磁盘空空间在在单处理理机机系系统中中，处于于运运行行状状态的的进程程（）。）。A只只有有一一个个 B、可可以以有有多多个个 C不不能被挂起能被挂起 D、必需在、必需在执行完后才能被撤下行完后才能被撤下一一进程在某一程在某一时刻具有（刻具

15、有（）。）。A一种状一种状态 B、二种状、二种状态 C、三种状、三种状态 D、四种状、四种状态如如果果某某一一进程程在在运运行行时，因因某某种种原原因因暂停停，此此时将脱离运行状将脱离运行状态，而，而进入（入（）。）。A、自由状、自由状态 B、停止状、停止状态 C、阻塞状、阻塞状态 D、静止状、静止状态运行运行就绪就绪等待等待进程状程状态转换：在在进进程程运运行行过过程程中中，由由于于进进程程自自身身进进展展情情况况及及外外界界环环境境的的变变化化，这这三三种种基基本本状状态态可可以以依依据据一一定定的条件相互转换的条件相互转换 就绪就绪运行运行 运行运行就绪就绪 运行运行等待等待 等待等待就

16、绪就绪进程转换进程转换就就绪 -运行运行调度程序度程序选择一个新的一个新的进程运行程运行运行运行 -就就绪运行运行进程用完了程用完了时间片片运运行行进程程被被中中断断，因因为一一高高优先先级进程程处于于就就绪状状态进程转换（续进程转换（续1）运行运行 -等待等待当一当一进程必程必须等待等待时OSOS尚未完成服务尚未完成服务对一资源的访问尚不能进行对一资源的访问尚不能进行初始化初始化I/O I/O 且必须等待结果且必须等待结果等待某一进程提供输入等待某一进程提供输入 (IPC)(IPC)等待等待 -就就绪当所等待的事件当所等待的事件发生生时进程程执行行时的的间断断性性，决决定定了了进程程可可能能

17、具具有有多多种种状状态。进程程的的基基本本状状态有有三三种种，在在分分时系系统中中，当当一一个个进程程拥有有的的时间片片到到时，则该进程程即即由由1进入入2。如如果果出出现因因某某种种原原因因是是的的处理理机机空空闲时，则需需要要从从就就绪队列列中中选择一一进程程，并并将将处理理机机分分配配给它它，此此时该进程程进入入3，这个个过程程式式又又4来来完成。完成。123依依次次选（）：A、就就绪状状态 B、静静止止状状态 C、阻塞状、阻塞状态 D、运行状、运行状态 4（）：A、进程程控控制制程程序序 B、资源源分分配配程程序序 C、进程程调度程序度程序 D、处理机分配程序理机分配程序进程状态转换例

18、子进程状态转换例子进程1进程2进程3调度模块运行等待就绪【思考题思考题】1 1如如果果系系统统中中有有N N个个进进程程，运运行行的的进进程程最最多多几几个个，最最少少几几个个；就就绪绪进进程程最最多多几几个个最最少少几几个个；等等待待进程最多几个，最少几个？进程最多几个，最少几个？2.2.举出日常生活中类似进程的例子举出日常生活中类似进程的例子其他状态：其他状态：创建状态，终止状态创建状态，终止状态挂起状态挂起状态创建创建(新新new)状态状态OS OS 已完成已完成为创建一建一进程所必要的工作程所必要的工作已构造了进程标识符已构造了进程标识符已创建了管理进程所需的表格已创建了管理进程所需的

19、表格但但还没有允没有允许执行行该进程程 (尚未同意尚未同意)因为资源有限因为资源有限终止（退出终止（退出exit)状态状态中止后中止后进程移入程移入该状状态它不再有它不再有执行行资格格供供统计进程去收集改程去收集改进程的有关信息程的有关信息当数据不再需要后，当数据不再需要后，进程程(和它的表格和它的表格)被被删除除五状态进程模型五状态进程模型挂起状态挂起状态满足以下需要：满足以下需要：调节负载，节省内存调节负载，节省内存父进程考查和修改子进程父进程考查和修改子进程操作系统检查资源使用情况操作系统检查资源使用情况终端用户暂停和修改程序终端用户暂停和修改程序七状态进程模型七状态进程模型活动活动挂起

20、挂起事件事件发生发生事件事件发生发生等待等待事件事件挂起挂起调度调度超时超时释放释放活动活动挂起挂起新的状态转换新的状态转换阻塞阻塞 -阻塞挂起阻塞挂起为缓和内存和内存紧张，将阻塞状，将阻塞状态进程程换至外存上至外存上阻塞挂起阻塞挂起 -就就绪挂起挂起当等待的事件当等待的事件发生生时转换，但，但进程仍不能被程仍不能被调度度就就绪挂起挂起-就就绪当内存中没有就当内存中没有就绪进程程时，此，此时进程可以被程可以被调度度就就绪-就就绪挂起挂起 (较少少见)当当没没有有被被阻阻塞塞的的进程程，而而为了了性性能能上上的的考考虑，必必须释放一些内存放一些内存时下列下列进程状程状态的的转换中，（中，（）不正

21、确的。）不正确的。A就就绪-运行运行 B、运行运行-就就绪 C就就绪-阻塞阻塞 D、阻塞、阻塞-就就绪 E、阻塞、阻塞-运行运行下下列列（）情情况况的的进程程切切换一一定定会会引引起起另另外外进程程的的状状态改改变（假假设系系统中中并并发执行行的的进程数大于程数大于1）。）。A、运行、运行-阻塞阻塞 B、运行运行-就就绪 C、运行、运行-完成完成 D、阻塞、阻塞-就就绪、E、就、就绪-阻塞阻塞 3.3 3.3 进程控制块进程控制块（Process Control Block）概念：概念：系系统为了了管管理理进程程设置置的的一一个个专门的的数数据据结构构，用用它它来来记录进程程的的外外部部特特征

22、征，描描述述进程的运程的运动变化化过程程 系系统利利用用PCBPCB来来控控制制和和管管理理进程程，所所以以PCBPCB是系是系统感知感知进程存在的唯一程存在的唯一标志志 进程与程与PCBPCB是一一是一一对应的的进程映象进程映象 (进程要素进程要素)用用户程序程序用用户数据数据栈用于用于过程程调用和参数用和参数传递进程控制程控制块PCB(PCB(执行上下文行上下文)控制控制进程所需的数据程所需的数据(进程属性程属性)，包括，包括:进程标识符信息进程标识符信息处理器状态信息处理器状态信息进程控制信息进程控制信息PCBPCB的内容：的内容：调度信息：度信息：进程程名名；进程程的的内内部部标识；用

23、用户名名；进程程状状态；进程程优先先级；进程程的的存存储信信息息（起起始始地地址址，长度度）；进程程资源源清清单；进程程家家族族关关系系；进程程的的队列列指指针；进程程的的消消息息队列指列指针；进程当前打开的文件程当前打开的文件.现场信息：信息：记录了重要的寄存器；了重要的寄存器；(虚虚)时钟等内容等内容进程标识符进程标识符 (在在PCBPCB中中)可使用一些数字可使用一些数字标识符符统一一进程程标识符符 (必然的必然的)索引至索引至 (直接或间接直接或间接)主进程表主进程表用用户标识符符与某个作业对应的用户与某个作业对应的用户创建本建本进程的某个程的某个进程的程的标识符符处理器状态信息处理器

24、状态信息 (在在PCBPCB中中)处理器寄存器内容理器寄存器内容用用户可可见寄存器寄存器控制和状控制和状态寄存器寄存器栈指指针程序状程序状态字字 (PSW)(PSW)包含状包含状态信息信息例子例子:在在PentiumPentium机中的机中的EFLAGSEFLAGS寄存器寄存器进程控制信息进程控制信息 (在在PCBPCB中中)调度和状度和状态信息信息进程状程状态 (如如:运行，就运行，就绪，阻塞，阻塞.).)进程程优先先级该进程在等待的事件程在等待的事件 (若被阻塞若被阻塞)数据数据结构信息构信息进程程可可能能需需要要有有指指向向其其他他PCBPCB的的指指针,父父-子子进程关系及其它程关系及

25、其它结构构进程控制信息进程控制信息 (在在PCBPCB中中)进程程间通信通信IPCIPC可能需要可能需要标志和信号志和信号进程特程特权如如:访问特定的内存地址特定的内存地址.存存储管理管理指向指向赋予予该进程的段程的段/页表的指表的指针所所拥有的有的资源和使用情况源和使用情况使用中的使用中的资源源:打开的文件，打开的文件，I/OI/O设备.(CPU,I/O.)(CPU,I/O.)的的时间使用史使用史PCBPCB表：表：系系统统把把所所有有PCBPCB组组织织在在一一起起，并并把把它它们们放放在内存的固定区域，就构成了在内存的固定区域，就构成了PCBPCB表表 PCBPCB表表的的大大小小决决定

26、定了了系系统统中中最最多多可可同同时时存存在的进程个数，称为系统的并发度在的进程个数，称为系统的并发度PCBPCB表组织方式：表组织方式：常常用用索索引引方方式式，对对具具有有相相同同状状态态的的进进程程，分分别别设设置置各各自自的的PCBPCB索索引引表表，表表明明PCBPCB在在PCBPCB表中的地址表中的地址（其他方式：线性表或链表）（其他方式：线性表或链表）进程队列：不同状态进程分别组成队列进程队列：不同状态进程分别组成队列运行队列、就绪队列、等待队列运行队列、就绪队列、等待队列PCBPCB链表链表PCB1PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7PCBn.空空 PCBPCB运行

27、态运行态就绪态就绪态等待等待1 1等待等待2 26751015系系统感知感知进程的唯一程的唯一实体是（体是（）。）。AJCB B、FCB C、PCB D、TCB进程被程被创建后即建后即进入（入（）排）排队。A阻阻塞塞队列列 B、就就绪队列列 C、缓冲冲队列列 D、运行、运行队列列为了了描描述述进程程的的动态变化化过程程，采采用用了了一一个个与与进程程相相联系系的的（），系系统根根据据它它而而感感知知进程的存在。程的存在。A进程状程状态字字 B、进程程优先数先数 C进程控制程控制块 D、进程起始地址程起始地址Linux 中中，每每一一个个进程程用用一一个个 task_struct（在在 Linu

28、x 中中 task 和和 process 互互用用）的的数数据据结构来表示，用来管理系构来表示，用来管理系统中的中的进程。程。Task 向向 量量 表表 是是 指指 向向 系系 统 中中 每每 一一 个个 task_struct 数数据据结构构的的指指针的的数数组。这意意味味着着系系统中中最最大大进程程数数受受 task 向向量量表表的的限限制，缺省是制，缺省是 512。当当新新的的进程程创建建的的时候候，从从系系统内内存存中中分分配配一一个个新新的的 task_struct，并并增增加加到到 task 向向量表中。量表中。3.4 3.4 进程控制进程控制 创创建建、撤撤消消进进程程以以及及完

29、完成成进进程程各各状状态态之之间的转换。由具有特定功能的原语完成。间的转换。由具有特定功能的原语完成。原原语:系系统态下下执行行的的某某些些具具有有特特定定功功能能的的程序段。程序段。特点：不可中断，不允特点：不可中断，不允许并并发执行行原原语的分的分类 进程创建原语进程创建原语 进程撤消原语进程撤消原语 阻塞原语阻塞原语 唤醒原语唤醒原语 挂起原语挂起原语 激活（解挂）原语激活（解挂）原语进程的创建进程的创建创建一个建一个PCBPCB赋予一个予一个统一一进程程标识符符为进程映象分配空程映象分配空间初始化初始化进程控制程控制块许多多默默认值 (如如:状状态为 NewNew，无无I/OI/O设备

30、或文件或文件.).)设置相置相应的的链接接如如:把新把新进程加到就程加到就绪队列的列的链表中表中创建方式建方式由由系系统程程序序模模块统一一创建建，例例如如在在批批处理理系系统中中，由由操操作作系系统的的作作业调度度程程序序为用用户作作业创建建相相应的的进程程以以完完成成用用户作作业所所要求的功能。要求的功能。由由父父进程程创建建，例例如如在在层次次结构构的的系系统中中，父父进程程创建子建子进程以完成并行工作。程以完成并行工作。（观看演示）看演示）创建原建原语执行行过程程下下列列各各项步步骤中中，（）不不是是创建建进程程所所必必需的步需的步骤。A建立一个建立一个进程控制程控制块PCB B由由C

31、PU调度程序度程序为进程程调度度CPU C为进程分配内存等必要的程分配内存等必要的资源源 D将将PCB链入入进程就程就绪队列列操操作作系系统中中有有一一组常常称称为特特殊殊系系统调用用的的程程序序，它它不不能能被被系系统中中断断，在在操操作作系系统中中称称为（）。）。A、初始化程序、初始化程序 B、原、原语 C、子程序、子程序 D、控制模、控制模块进程程创建原建原语的任的任务是（是（）。）。A为进程程编制程序制程序 B、为进程建立程建立PCB表表 C为进程分配程分配CPU D、为进程分配所需的各种程分配所需的各种资源源进程撤消进程撤消收回进程所占有的资源收回进程所占有的资源撤消该进程的撤消该进

32、程的PCBPCB以下几种情况以下几种情况导致致进程被撤消：程被撤消：(1)该进程已完成所要求的功能而正常程已完成所要求的功能而正常终止。止。(2)由于某种由于某种错误导致非正常致非正常终止。止。(3)祖先祖先进程要求撤消某个子程要求撤消某个子进程。程。撤撤销原原语执行行过程程进程阻塞进程阻塞 处处于于运运行行状状态态的的进进程程，在在其其运运行行过过程程中中期期待待某某一一事事件件发发生生，如如等等待待键键盘盘输输入入、等等待待磁磁盘盘数数据据传传输输完完成成、等等待待其其它它进进程程发发送送消消息息，当当被被等等待待的的事事件件未未发发生生时时，由由进进程程自自己己执执行行阻阻塞塞原原语语，

33、使使自自己己由由运运行态变为阻塞态行态变为阻塞态 阻塞原阻塞原语执行行过程程进程唤醒进程唤醒当等待当等待队列中的列中的进程所等待的事件程所等待的事件发生生时，等待等待该事件的所有事件的所有进程都将被程都将被唤醒。醒。唤醒一个醒一个进程的两种方法：程的两种方法：由系由系统进程程唤醒。醒。由事件由事件发生生进程程唤醒。醒。被阻塞的被阻塞的进程不能自己程不能自己唤醒自己醒自己（why？）？）唤醒原醒原语执行行过程程一个一个进程被程被唤醒，意味着（醒，意味着（）。）。A该进程重新占有了程重新占有了CPU B、进程状程状态变为就就绪 C它的它的优先先权变为最大最大 D、其、其PCB移至就移至就绪队列的列

34、的队首首4.2.5 4.2.5 进程的特征进程的特征 并发性并发性任何进程都可以同其他进程一起向前推进任何进程都可以同其他进程一起向前推进动态性动态性进程对应程序的执行进程对应程序的执行进程是动态产生，动态消亡的进程是动态产生，动态消亡的进进程程在在其其生生命命周周期期内内，在在三三种种基基本本状状态态之之间转换间转换 独立性独立性进程是进程是资源分配资源分配的一个独立单位的一个独立单位交互性交互性指进程在执行过程中可能与其它进程产生直指进程在执行过程中可能与其它进程产生直接或间接的关系接或间接的关系异步性异步性每个进程都以其相对独立的、不可预知的速每个进程都以其相对独立的、不可预知的速度向前

35、推进度向前推进进程程就就是是程程序序在在并并发环境境中中的的执行行过程程，它它是是系系统进行行资源源分分配配和和调度度的的一一个个基基本本单位位。进程程具具有有1、2、调度度性性、异异步步性性和和结构构性性等等基基本本特特征征。进程程是是一一次次执行行过程程，具具有有生生命命期期体体现了了进程程的的1特特征征。进程程有有程程序序段段、3、4组成成，其其中中4使使进程在系程在系统中存在的唯一中存在的唯一标识。12依依次次选（）：A、动态性性 B、静静态性性 C、共行性共行性 D、并、并发性性 E、可、可执行性行性 F、易用性、易用性3（）：A、过程程 B、数数据据 C、进程程标识符符 D、函数函

36、数4（）：A、PCB B、FIFO C、PCB D、JCB在下列叙述中，在下列叙述中，错误的一条是（的一条是（）。）。A操作系操作系统是用是用户与与计算机之算机之间的接口的接口 B程程序序的的并并发执行行，使使程程序序失失去去了了顺序序执行行时具有的封具有的封闭性和可再性和可再现性性 C进程程从从一一个个状状态到到另另一一个个状状态的的转换，都是靠使用不同的原都是靠使用不同的原语来来实现的的 D在在单CPU的的系系统中中，任任何何时刻刻处于于就就绪状状态的的进程程有有多多个个，而而且且只只有有处于于就就绪状状态的的进程程经调度度进程程选中中后后才才可可进入入运运行状行状态3.5 3.5 进程间

37、的相互作用进程间的相互作用进程间的联系进程间的联系进进程程的的同同步步机机制制信信号号量量及及P.VP.V操操作作（解决进程同步互斥问题）（解决进程同步互斥问题）3.5.1 3.5.1 进程间的联系进程间的联系相交进程与无关进程相交进程与无关进程相相交交进进程程：指指多多个个并并发发进进程程在在逻逻辑辑上上有有某种联系某种联系无无关关进进程程（不不相相交交进进程程）：在在逻逻辑辑上上无无任何联系的进程任何联系的进程直接作用和间接作用直接作用和间接作用直接作用：直接作用：进进程程间间的的相相互互联联系系是是有有意意识识的的安安排排的的，直接作用只发生在相交进程间直接作用只发生在相交进程间间接作用

38、：间接作用：进进程程间间要要通通过过某某种种中中介介发发生生联联系系，是是无无意意识识安安排排的的，可可发发生生在在相相交交进进程程之之间间，也可发生在无关进程之间也可发生在无关进程之间相互感知程度相互感知程度 交互关系交互关系 一个进程对其他进一个进程对其他进程程的影响的影响 相互不感知相互不感知(完全不完全不了解其它进程的存了解其它进程的存在在)竞争竞争(competition)一个进程的操作对一个进程的操作对其他进程的结果无其他进程的结果无影响影响 间接感知间接感知(双方都与双方都与第三方交互，如共第三方交互，如共享资源享资源)通过共享进行协作通过共享进行协作 一个进程的结果依一个进程的

39、结果依赖于从其他进程获赖于从其他进程获得的信息得的信息 直接感知直接感知(双方直接双方直接交互，如通信交互，如通信)通过通信进行协作通过通信进行协作 一个进程的结果依一个进程的结果依赖于从其他进程获赖于从其他进程获得的信息得的信息 进程程之之间存存在在哪哪几几种种相相互互制制约的的关关系系？各各是是什什么么原原因因引引起起的的？下下列列活活动分分别属属于于哪哪种制种制约关系？关系？（1）若干同学去）若干同学去图书馆借借书。（2）两）两队举行行篮球比球比赛。（3）流水）流水线生生产的各道工序的各道工序 （4）商品生）商品生产和社会消和社会消费。3.5.2 3.5.2 进程程的的互互斥斥（间接接作

40、作用用）mutual exclusion 一一组并并发进程程中中的的一一个个或或多多个个程程序序段段，因因共共享享某某一一公公有有资源源而而导致致它它们必必须以以一一个个不不允允许交交叉叉执行的行的单位位执行行由由于于各各进程程要要求求共共享享资源源，而而有有些些资源源需需要要轮流流使使用用，因因此此各各进程程间竞争争使使用用这些些资源源，进程的程的这种关系种关系为进程的互斥程的互斥a:=a-1 print(a)a:=a+1 print(a)P1互斥互斥P2互斥互斥If a 0）表表示示可可供供并并发进程使用的程使用的临界界资源数目。源数目。只只要要把把临界界区区置置于于(sem)和和(sem

41、)之之间，即可即可实现进程程间的互斥。的互斥。用P、V操作解决进程间互斥问题P(mutex)V(mutex)P(mutex)P(mutex)V(mutex)V(mutex)说明：明：当某个当某个进程正在程正在临界区内界区内执行行时，其他，其他进程如果程如果执行了原行了原语操作，必操作，必须在等待在等待队列中等待有其他列中等待有其他进程做原程做原语操作操作释放放资源后，源后，进入入临界区，界区，这时，原，原语的的执行行才算真正才算真正结束。束。当有好几个当有好几个进程程执行原行原语未通未通过而而进入入等待状等待状态之后，如有某之后，如有某进程作了原程作了原语操操作，作，则等待等待进程中的一个可以

42、程中的一个可以进入入临界区，界区，但其他但其他进程必程必须等待。等待。（观看看Flash演示）演示）例：两例：两进程程Pa、Pb共享堆共享堆栈S，分，分别做取数做取数和存数操作。如何用和存数操作。如何用PV操作操作实现？（1）设 sem为互斥信号量，初互斥信号量，初值为1。Sem=1表示表示进程程PA和和PB都未都未进入入类名名为的的临界区；界区；sem=0表示表示进程程PA或或PB已已进入入类名名为的的临界区；界区；sem=-1表示表示进程程PA和和PB中，一个中，一个进程已程已进入入临界区，而另一个界区，而另一个进程等待程等待进入入临界区。界区。（2）互斥）互斥过程描述程描述 PA：(se

43、m)(sem)PB：(sem)(sem)对于于两两个个并并发进程程，设互互斥斥信信号号量量为mutex,若若mutex=0，则（）。）。A、表示没有、表示没有进程程进入入临界区界区 B、表表示示有有一一个个进程程进入入临界界区区，另另一一个个进程等待程等待进入入 C、表示有一个、表示有一个进程程进入入临界区界区 D、表示有两个、表示有两个进程程进入入临界区界区正正在在运运行行的的进程程在在信信号号量量S上上操操作作P操操作作之之后，当后，当S0，进程将程将进入信号量的（入信号量的（）。）。A、等待、等待队列列 B、提交、提交队列列 C、后、后备队列列 D、就、就绪队列列当当对信号量信号量进行行

44、V 原原语操作之后（操作之后（）。）。A、当、当S0，要，要唤醒一个就醒一个就绪进程程 C、当、当S=0,要要唤醒一个等待醒一个等待进程程 D、当、当S 确确定定进程程间的的关关系系 由由功功能能2可可知知进程程之之间是互斥的关系是互斥的关系2 确确定定信信号号量量及及其其值.由由于于进程程A,B要要互互斥斥进入入箱箱子子去去拣子子,箱箱子子就就是是二二个个进程程公公用用的的资源源.所所以以设置置信信号号量量S，其其值取取决决于于公公有有资源源的数目的数目,由于箱子只有一个由于箱子只有一个S的初的初值应设为1s:sem;S=1;process A:begin L1:P(s);拣黑子拣黑子;V(

45、s);go to L1;end;process B:begin L2:P(s);拣白子拣白子;V(s);go to L2;end;思考：思考：如如果果加加入入一一个个条条件件，要要求求拣黑黑子子和和捡白白字字的的操操作作交交替替进行行，即即拣一一个个黑黑子子（白白字字）之之后后必必须拣一一个个白白字字（黑黑子子），那那么么如如何何实现？3.5.4 3.5.4 进程的同步（直接作用）进程的同步（直接作用）进程的同步：进程的同步：synchronism指指系系统统中中多多个个进进程程中中发发生生的的事事件件存存在在某某种种时时序序关关系系，需需要要相相互互合合作作，共共同同完完成成一一项项任任务务

46、。具具体体说，一一个个进程程运运行行到到某某一一点点时要要求求另另一一伙伙伴伴进程程为它它提提供供消消息息，在在未未获得得消消息息之之前前，该进程程处于于等等待待状状态，获得消息后被得消息后被唤醒醒进入就入就绪态可可将将进程程同同步步定定义为：一一组并并发进程程，因因直直接接制制约而而互互相相发送送消消息息而而进行行互互相相合合作作、互互相相等等待待，使使得得各各进程程按按一一定定的的速速度度执行行的的过程。程。具具有有同同步步关关系系的的一一组并并发进程程称称为合合作作进程程，合合作作进程程间互互相相发送送的的信信号号称称为消消息息或事件或事件。例：例：计算算进程程和和打打印印进程程共共同同

47、使使用用同同一一缓冲冲区区Buffer。计算算进程程反反复复地地把把每每次次计算算结果果放放入入 Buffer中中，而而打打印印进程程则把把计算算进程程每每次次放放入入 Buffer中中的的数数据据通通过打打印印机机打打印印输出出。如何如何实现并并发进程的正确程的正确执行？行？通过消息传递实现进程同步通过消息传递实现进程同步如果如果对一个消息或事件一个消息或事件赋以唯一的消息名，以唯一的消息名，则可用可用过程程wait (消息名）表示消息名）表示进程等待合程等待合作作进程程发来的消息，来的消息，而用而用过程程signal（消息名）表示向合作（消息名）表示向合作进程程发送消息。送消息。利用利用过

48、程程wait和和signal，可以，可以简单地描述地描述计算算进程程PC和打印和打印进程程PP的同步关系的同步关系(1)设消息名设消息名Bufempty表示表示Buf空，消息名空，消息名Buffull表示表示Buf中中装满了数据。装满了数据。(2)初始化初始化Bufempty=true，Buffull=false。(3)描述：描述：PC：A:wait(Bufempty)计算计算 Buf 计算结果计算结果 Bufempty falsesignal(Buffull)Goto APP ：B:wait(Buffull)打印打印Buf中的数据中的数据清除清除Buf中的数据中的数据Buffull fals

49、esignal(Bufempty)Goto BP、V操作实现进程同步操作实现进程同步可可以以把把各各进程程之之间发送送的的消消息息作作为信信号号量量看看待待。与与进程程互互斥斥时不不同同的的是是，这里里的的信信号号量量只只与与制制约进程程及及被被制制约进程程有有关关而而不不是是与与整整组并并发进程程有有关关。因因此此，称称该信信号号量量为私用信号量私用信号量一一个个进程程Pi的的私私用用信信号号量量Semi是是从从制制约进程程发送来的送来的进程程Pi的的执行条件所需要的消息行条件所需要的消息利利用用，原原语实现进程程同同步步的的方方法法与与利利用用wait和和signal过程程时相相同同，也也

50、是是分分为三步：三步：1.首先首先为各并各并发进程程设置私用信号量，置私用信号量，2.然后然后为私用信号量私用信号量赋初初值，3.最最后后利利用用，原原语和和私私用用信信号号量量规定定各各进程的程的执行行顺序。序。例例：用用PV操操作作实现计算算进程程和和打打印印进程程的的同同步。步。（1）设置信号量并置信号量并赋初初值（2）描述）描述进程的同步程的同步执行行过程程例：例：设进程程PA和和PB通通过缓冲区冲区队列列传递数据。数据。PA为发送送进程，程，PB为接收接收进程。程。PA发送数据送数据时调用用发送送过程程deposit(data)，PB接收数据接收数据时调用用过程程remove(dat