操作系统原理课件第四章并发处理2进程概念进程控制.ppt

第四章 并发处理,4.2 进程概念(process)4.2.1 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。,4.2 进程概念(process)4.2.1 进程的定义,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)。进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算并行的一个计算。(Donovan)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)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关于某个数据集合的一次活动。,4.2 进程概念(process)4.2.1 进程的定义,进程与程序的区别与联系：1、程序是指令的集合，是静态的概念。进程是程序在处理机上的一次执行的过程，是动态的概念。程序可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。2、进程是一个独立的运行单位，能与其它进程并行（并发）活动。3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进行处理机调度的基本单位。4、同一个程序可以对应于多个进程。,4.2 进程概念(process)4.2.2 进程的类型,在系统中同时有多个进程存在，但归纳起来有两大类：1、系统进程 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。2、用户进程 执行用户程序的进程。,4.2 进程概念(process)4.2.2 进程的类型,系统进程与用户进程的区别：1、系统进程被分配一个初始的资源集合，这些资源可以为它独占，也能以最高优先权的资格使用。用户进程通过系统服务请求的手段竞争使用系统资源；2、用户进程不能直接做I/O操作，而系统进程可以做直接的I/O操作。3、系统进程在管态下活动，而用户进程则在用户态下活动。另一种分类：计算进程，I/O进程等,4.2 进程概念(process)4.2.3 进程的状态,一、进程的基本状态进程在系统中的活动规律是：执行 暂停 执行进程的三种基本状态：运行状态 就绪状态 等待状态（又称阻塞、挂起、睡眠）,4.2 进程概念(process)4.2.3 进程的状态,一、进程的基本状态1、就绪状态（Ready)存在于处理机调度队列中的那些进程，它们已经准备就绪，一旦得到CPU，就立即可以运行，这些进程所处的状态为就绪状态。（有多个进程处于此状态）2、运行状态(Running）当进程由调度/分派程序分派后，得到CPU控制权，它的程序正在运行，该进程所处的状态为运行状态。（在系统中，总只有一个进程处于此状态）3、等待状态（Wait)若一个进程正在等待某个事件的发生（如等待I/O的完成），而暂停执行，这时，即使给它CPU时间，它也无法执行，则称该进程处于等待状态。,4.2 进程概念(process)4.2.3 进程的状态,二、进程状态变迁图进程的状态不是固定不变的，而是在不断变换。,4.2 进程概念(process)4.2.3 进程的状态,运行 等待 等待某事件的发生（如等待I/O完成）等待 就绪 事件已经发生（如I/O完成）运行 就绪 时间片到新建进程 就绪 新创建的进程进入就绪状态就绪 运行 当处理机空闲时，由调度（分派）程序从就绪进程队列中选择一个进程占用CPU。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,在系统中一个进程存在：进程控制块（数据结构）进程的执行程序（一个可执行文件）进程总是位于某个队列(就绪、等待某事件队列)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、外设）,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,进程控制块 PCB(Process Control Block)存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构，在创建时，建立PCB，并伴随进程运行的全过程，直到进程撤消而撤消。PCB就象我们的户口。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,进程控制块 PCB 1、进程标识符 name 每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数字。UNIX系统中就是一个整型数。在进程创建时由系统赋予。2、进程当前状态 status 说明进程当前所处的状态。为了管理的方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，如就绪进程队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,3、当前队列指针 next 登记与本进程处于同一队列的下一个进程的PCB的地址。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,4、总链指针 all-q-next5、执行程序开始地址 start-addr6、进程优先级 priority 进程的优先级反映进程的紧迫程序，通常由用户指定和系统设置。UNIX系统采用用户设置和系统计算相结合的方式确定进程的优先级。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,7、CPU现场保护区 cpustatus 当进程因某种原因不能继续占用CPU时（等待打印机），释放CPU，这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态，继续运行。例如，我们下课，这时我要记住这次讲到什么地方，下次课接着讲。8、通信信息 communication information 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。,4.2 进程概念(process)4.2.4 进程描述,9、家族联系 process family 有的系统允许一个进程可创建自已的子进程，子进程还可以创建，一个进程往往处在一个家族之中，就需要记录进程在家族中位置的信息。10、占有资源清单 own-resource 进程占用系统资源的情况，不同的系统的处理差别很大，UNIX系统中就没有此项。,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,进程是有生命周期的，产生、运行、暂停、终止。对进程的这些操作叫进程控制。进程控制的职责是对系统中全部进程实施有效的管理，它是处理机管理的部分（另一部分是进程调度），当系统允许多进程并发执行时，为了实现共享、协调并发进程的关系，处理机管理必须提供对进程实行有效的管理。,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,进程控制包括：进程创建、进程撤消、进程阻塞、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（一种特殊的系统调用）。,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,运行状态 等待状态 进程阻塞等待状态 就绪状态 进程唤醒新建进程置为就绪状态 进程创建进程终止（消亡）进程撤消就绪状态 运行状态 进程调度,4.3 进程控制4.3.2 进程创建,一个程序（可执行的）如果可分成几个程序段，并且这些程序段可并发执行，用户程序可使用创建程序的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。,4.3 进程控制4.3.2 进程创建,进程创建系统调用：create(name,priority,start-addr),4.3 进程控制4.3.2 进程创建,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,进程完成其任务，希望终止时，调用撤消进程的系统调用（进程撤消原语）撤消进程。相当于一个人死亡后，家人要去派出所消户口。在一般操作系统中进程撤消的系统调用是：kill,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,4.3 进程控制4.3.4 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，并调用进程调度程序（等于让出处理机）。,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,进程从运行状态转换成阻塞状态是由进程挂起原语实现的，因此，调用进程挂起操作是在进程处于运行状态下执行的。它的执行将引起等待某事件的队列的改变。例如，进程是因等待打印机而进入阻塞状态，则该进程将加入到等待打印机的队列。进程挂起系统调用的算法和队列变化如下。,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,进程挂起的内部调用形式（UNIX系统）：sleep(chan,pri)其中：chan 进程挂起（睡眠）的原因；pri 进程被唤醒后的优先级 一般调用形式：susp(chan)其中：chan 进程等待的原因,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,一个正在运行的进程会因等待某事件（例如，等待打印机）的发生，由运行状态转换成阻塞状态，当它等待的事件发生后，这个进程将由阻塞状态转换成就绪状态。这种转换由进程唤醒操作完成。调用进程唤醒操作一般在中断处理、进程通信等过程中。例如，打印机完成中断处理程序，在完成了打印完成的操作后，就去检查等待打印机的队列，若不为空，则调用进程唤醒操作，唤醒一个（或多个）等待打印机的进程。,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,进程唤醒原语的形式：wakeup(chan)其中：chan 唤醒进程阻塞的原因。,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,算法：wakeup输入：chan:等待的事件（阻塞原因）输出：无 找到chan的等待队列的指针；for(该队列不为空）从队列中移出一个进程；置进程状态为“就绪”，并加入到就绪队列；,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,按此算法，是把等待在chan事件上的所有进程唤醒，也有的系统只唤醒一个等待chan事件的进程，若这样处理，等待队列就要按某种优先级排队。进程唤醒操作会引起就绪队列和等待chan事件的等待队列发生变化。,