计算机操作系统课件第二章

第二章 进程管理2.1 进程的概念2.2 进程控制 2.3 线 程 2.4 进程同步 2.5 进程通信

2.1 进程的基本概念2.1.1程序的顺序执行及特征 1. 基本概念 程序：一个在时间上按严格次序、顺序 执行的操作序列。 程序的顺序执行：一个具有独立功能的 程序独占处理机，直至得到最终结果的 过程 。

2.程序的顺序执行在计算机系统中只有一个程序在运 行，这个程序独占系统中所有资源，其 执行不受外界影响。通常一个程序可分 成若干个程序段，它们必须按照某种先 后次序执行，仅当前一操作执行后，才 能执行后继操作。 例如：进行计算。 I: 输入操作 C: 计算操作 P: 打印操作。在进行计算时， 总是先输入用户的程序和数据，然后进 行计算，最后将结果打印出来。

3.语句的顺序执行S1:a:=x+y S2:b:=a-5 S3:c:=b+1 如下图，语句 S2 必须在 a 被 赋值后才能执行； S3 也只能在 b 被赋值后才能执行。

4.程序的顺序执行的特征 顺序性：一个程序的各个部分的执行，严 格地按照某种先后次序执行； 封闭性：程序在封闭的环境下运行，即程 序运行时独占全部系统资源； 可再现性：只要程序执行时的环境和初始 条件相同，当程序重复执行时，不论它是 从头到尾不停顿地执行，还是“停停走走” 地执行，都将获得相同的结果。 程序顺序执行的特性，为程序员检测和校 正程序的错误带来很大方便。

2.1.2.前趋图为了描述一个程序的各部分 ( 程序段或语 句 ) 间的依赖关系，或者是一个大的计算的

各个子任务间的因果关系，我们常常采用前趋图方式。前趋图是一个有向无循环图，用 于描述进程之间执行的前后关系。

图2-1 九个结点的前趋图

前趋图(续) P1为初始结点，P9为终止结点每个结点 还具有一个重量。 该前趋图，存在下面的前趋关系： P1→P2 , P1→P3 , P1→P4 , P2→P5 , P3→P5 , P4→P6 , P4→P7 , P5→P8 , P6→P8,P7→P9,P8→P9;或表示为： P ={P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9} ={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4), (P2,P5),(P3,P5),(P4,P6), (P4,P7),(P5,P8),(P6,P8), (P7,P9),(P8,P9)}

前趋图(续) 前趋图中的每个结点可以表示一条语句、 一个程序段或进程，结点间的有向边表 示 两 个 结 点 之 间 存 在 的 偏 序 (Partial_Order) 或 前 趋 关 系 (Precedence_Relation)“→” = {(Pi,Pj)| 在 Pj 开始前 Pi 必须完成 } 如果 (Pi,Pj)∈→ ,可写成 Pi→Pj , Pi 是 Pj 的 直接前趋， Pj 是 Pi 的直接后继。前趋图 中必须不存在循环，如下图不是前趋图。

2.1.3 程序并发执行及特征1.并发环境： 在一定时间内物理机器上有 两个或两个以上的程序同处于开 始运行但尚未结束的状态，并且 次序

不是事先确定的。

2. 程序的并发执行 在对一批程序进行处理时，可以并发执行。 例如，输入、计算、打印三个程序对一批作业 进行处理时，存在以下的前趋关系：

图 2-2 并发执行时的前趋图

Ii→Ci,Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1,Pi→Pi+1 在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以并发执行。 S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4

S3: c∶=a+bS4: d∶=c+b图 2-3 四条语句的前趋关系

3.程序的并发执行的特征 间断性：程序并发执行时，由于它们共享 资源或程序之间相互合作完成一项共同任 务，因而使程序之间相互制约。 失去封闭性：程序在并发执行时，是多 个程序共享系统中的各种资源，因而这些 资源的状态将由多个程序来改变，致使程 序的运行失去了封闭性。 不可再现性：由于程序的并发执行，打 破了由另一程序独占系统资源的封闭性， 因而破坏了可再现性。

不可再现性 程序A中：N:=N+1 程序B中：print N 和N:=0 在某时刻变量N 的值为xA、B并发执行，则可能出现三种情况： 1) N:=N+1 在print N 和N:=0之前， 结果：x+1,x+1,0 2) N:=N+1 在print N 和N:=0之后， 结果：x,0,1 3) N:=N+1 在print N 和N:=0之间， 结果：x,x+1,0

2.1.4 进程的特征与状态1.进程的概念 定义：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，是系统进行资源分配和调度的独立单位

2. 进程的特征 动态性：进程的实质是程序的一次执行过程， 进程是动态产生，动态消亡的，进程在其生命周期 内，在三种基本状态之间转换 并发性：任何进程都可以同其他进程一起向前推进 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时 也是系统分配资源和调度的独立单位； 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行 的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度 向前推进 结构特征：为了控制和管理进程，系统为每个进程 设立一个进程控制块- PCB。

3. 进程与程序的区别 程序是静态的，进程是动态的; 进程更能真实地描述并发,而程序不能; 一个程序可对应多个进程，反之亦然; 进程有生命周期，有诞生有消亡，短暂的；而程 序是相对长久的; 程序可作为软件资源长期保存，进程只是一次执 行过程，是暂时的；

进程是系统分配调度的独立单位，能与其他进程并发执行;

进程是由程序和数据两部分组成的 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有