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操作系统3-1.ppt

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第五讲 进程表示与进行状态变化目的与要求:理解进程概念,掌握进程在系统中的表示方法,理解进程的创建及其状态变化.重点与难点:进程表示与进程创建,状态转换.习题:1,2,4,5,第三章 进程与处理机管理 3.1进程描述,进程:是系统中占用处理机及争夺其它系统资源的实体。用户程序必须在进程中运行。,进程的引入: 为了能在作业内某作业步等I/O时,另一逻辑上可并行作业步能使用CPU。引入进程后,逻辑上可并行的作业步可在不同进程中运行。处理机能在进程间切换。 原多道程序设计系统中的作业可看成是只有一个进程的作业。*,1.程序的顺序执行,一个程序通常由若干个程序段所组成,它们必须按照某种先后次序来执行,仅当前一个操作执行完后才能执行后继操作,这类计算过程就是程序的顺序执行过程。 例如:先输入→再计算→最后输出,即:I→C →P。,程序顺序执行时的特征,顺序性:处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行,即每一个操作必须在下一个操作开始之前结束。 封闭性:程序一旦开始运行,其执行结果不受外界因素影响。 可再现性:只要程序执行时的初始条件和执行环境相同,当程序重复执行时,都将获得相同的结果。,2.程序的并发执行,程序的并发执行是指若干个程序(或程序段)同时在系统中运行,这些程序(或程序段)的执行在时间上是重叠的,一个程序(或程序段)的执行尚未结束,另一个程序(或程序段)的执行已经开始。,并发与共享的问题:并行程序访问共享数据问题举例:(count为共享变量初值=300),Program A: …N=countN=N+100count=N…,Program B:…M=countM=M+200count=M…,如果按以下次序占处理机运行:,N=count,N=N+100; M=count,M=M+200,count=M; count=N. 结果count=400(应为600)*,程序并发执行时的特征,间断性:并发程序具有“执行---暂停----执行”这种间断性的活动规律。 失去封闭性:多个程序共享系统中的资源,这些资源的状态将由多个程序来改变,致使程序之间相互影响。 不可再现性:在初始条件相同的情况下,程序的执行结果依赖于执行的次序。,并发程序的其他特征,资源分配动态性:多道程序在运行过程中可根据需要随时提出分配资源的请求。 程序并发执行的相互制约:并发程序执行时相互影响,相互制约。其相互制约关系分为: 直接制约:合作进程之间的相互制约。 间接制约:因资源共享产生的相互制约。 相互通信的可能:多个进程之间可能需要相互传递信息。 同步与互斥的必要:并发进程之间需要调整相对执行速度,许多资源需要互斥使用。,1.进程定义,进程:是一个有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。 特点: 动态性:可动态创建,结束,也可是精灵进程 并发性:可以被独立调度占用处理机运行 独立性:尽量把并发事务安排到不同的进程 制约性:因访问共享数据或进程间同步而产生制约. 组成:操作系统表示/管理进程的PCB表以及 执行程序及处理数据; 一片存放程序和数据的空间; 一个栈区(一个用户栈,一个核心栈); 进程使用的其他系统资源.*,,2.进程控制结构进程映像:进程执行程序,数据,栈。进程映像如何存放在内存取决于存储管理机制. 进程控制块PCB:系统管理控制进程运行用的信息集合(含核心栈).*,,,,,,,,用户空间,系统空间,,,,,,,,,PCB含有以下三大类信息: 进程标识信息。如本进程的标识;本进程的产生者标识(父进程标识);进程所属用户标识。 处理机状态信息保存区(进程核心栈)。保存进程的运行现场信息: 通用寄存器。这是指用户程序可以使用的数据、地址寄存器。 控制和状态寄存器。如程序计数器(PC);处理机状态字(PS)*,进程控制信息 调度和状态信息,用于操作系统调度进程占用处理机。 进程间通讯信息,为支持进程间的通讯相关的各种标识,信号,信件等,这些信息存在接收方的进程控制块中。 存储管理信息。包含有指向本进程映像存储空间的数据结构。 进程所用资源。说明由进程打开,使用的系统资源,如打开的文件等。 有关数据结构链接信息,进程可以链接到一个进程队列中,或链接到相关的其它进程PCB. *,3.2进程状态 3.2.1.进程的创建与结束等系统调用,一.进程创建处理过程大致为: 接收进程运行初始值,初始优先级,初始执行程序名字,其它资源等参数。 请求分配进程描述块PCB空间,得到一个内部数字进程标识。 用执行“进程创建”进程传来的参数初始化PCB表。 产生描述进程空间的数据结构,用初始执行文件初始化进程空间,建立程序段,数据段、栈段等。*,5.用进程运行初始值设置处理机现场保护区(如设置用户程序main()入口执行的运行现场)。造一个进程运行栈帧。 6.置好父进程等关系域。 7.将PCB表挂入就绪队列,等待时机被调度运行。*,二.进程结束大致处理过程如下:1.将进程状态改到结束状态 2.关闭所有打开数据文件、设备 3.释放对进程程序文件的使用 4.进行相关信息统计 5.清理其相关进程的链接关系,如在UNIX中,将该结束进程的所有子进程链到1号进程,作为1号进程的子进程,并通知父进程自己已结束。 6.释放进程映像空间(对于虚存来说如:交换区,所占物理页,将页表所占空间返还系统) 7.释放进程控制块(PCB)。 8.调用进程调度与切换程序。*,三、进程等待系统调用,如waitpid(pid,&statloc,opts)系统调用. 进程发出此系统调用阻塞于内核等待pid所指进程运行结束.*,,3.2.2进程状态及变化,运行状态(Running):当一个进程正在处理机上运行时。 就绪状态(Ready):一个进程获得了除处理机之外的一切所需资源,一旦得到处理机即可运行. 阻塞状态又称等待状态(Blocked):一个进程正在等待某一事件而暂 停运行时,如等待某资源成为可用,等待输入 /输出完成。 创建状态(New):一个进程正在被创建,还没到转到就绪状态之前的状态。 结束状态(Exit):一个进程正在从系统中消失时的状态,这是因为进程结束或其它原因流产所导致。*,状态变化图,,New,,Running,,Exit,,Ready,,Blocked,,,被调度,,,时间片完,,,事件发生,,,等待事件,,,结束,,,进入就绪队列,可能的状态变化如下: 空→创建:一个新进程被产生用来执行一个程序, 创建→就绪:当进程被创建完成,初始化后,一切就绪准备运行时变到就绪态。(为了限制系统资源不过份分散,也可以限制从New进入Ready状态的进程数,这样做可以使系统内存,内核用户页表空间等系统资源集中给有限的进程使用。因此可能进程进入创建状态但很长时间不能挂入就绪队列,等操作系统把它调入时才可以分配好所有资源,变为就绪状态。)*,就绪→运行:处于就绪状态的进程被进程调度程序选中后,就分配到处理机上来运行. 运行→结束:当进程指示它已经完成或者因错流产,当前运行进程会由操作系统作结束处理。 运行→就绪:在可剥夺的操作系统中,处于运行状态的进程在其运行过程中,分给它的处理机时间片用完而让出处理机; 或当有更高优先级的进程就绪时,操作系统调度程序可以将正运行进程从运行状态改变为就绪状态,让更高优先级进程运行.*,运行→阻塞:当进程请求某样东西且必须等待时,例如,当进程请求操作系统服务,而操作系统得不到所需的资源,或进程请求一个输入/输出操作,操作系统已启动外设,但输入/输出尚未完成,或进程要与其它进程通讯,要接收对方还未发出的信件时进程都会被阻塞。 阻塞→就绪:当进程要等待事件到来时,它从阻塞变到就绪。*,,,接收进程,,,,,,,,就绪队列1,,,,,,,,,,就绪队列2,.,,,,,,,,,,就绪队列n,,,,,超时,,,事件1发生,,,,,,,,,,,,事件2发生,,,,,,,,,,等事件1,等事件2,.,,,,,,,,,,,,,,,处理机,,,,,,终止进程,事件m发生,等事件m,状态表示方法:,3.2.3进程挂起 进程在挂起(Suspend)状态意味着进程没有占用内存空间,处在挂起状态的进程映像在磁盘上。,,New,,Ready,Suspend,,Blocked,Suspend,,Ready,,Blocked,,Running,,Exit,,,,接收,,,,事件发生,,,,解挂,,,,挂起,,,,解挂,,,,挂起,,,,事件发生,,,,挂起,,,,接收,,,,调度,,,,时间片完,,,,等事件,,,,结束,进程的挂起,在某些系统中,希望人为将进程挂 起使之处于静止状态。 进程挂起的原因有: 内存不足:在外存挂起。 用户要求:可以挂起进程以腾出资源。 进程特性:周期性执行,等待下一次执行时可能挂起。 父进程请求:父进程希望挂起子进程检查。 操作系统要求:挂起一个问题进程。,挂起原语的主要功能,挂起原语的主要功能是将指定进程挂起。其算法思想如下: 若进程执行则停止其执行; 设置进程状态为挂起状态; 若进程当前为执行则转进程调度。,进程激活,激活原语的主要功能是将指定进程激活。其算法思想如下: 将进程状态由挂起改为激活后的状态; 若需要则转进程调度 。,程序与进程的关系举例(计算机系统与洗熨店对比): 实用程序:洗衣程序(检查口袋,调洗涤,调烘干,调熨烫,折叠),熨衣程序(检查口袋,调熨烫,折叠) 处理机:服务小姐. 共享外设资源:洗涤机,烘干机,熨烫机 终端设备:顾客窗口 系统调用:洗涤,烘干,熨烫,业务登记(进程创建) 程序:洗涤,烘干,熨烫函数(核心态运行);洗衣程序;熨衣程序;接受窗口用户请求并产生进程执行请求程序(类比命令解释程序). 进程:为窗口建一个进程,负责接受并分派用户请求,为每个用户请求建一个进程负责处理请求(运行洗衣/熨衣程序).*,主要内容总结进程描述 进程定义 进程控制结构 进程状态 进程的创建与结束 进程状态变化模型 进程挂起,
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