操作系统进程的定义.ppt

第二章 进程管理,2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信,2.1 进程的基本概念,什么是进程？,小结,程序并发执行时的这些特征，这说明通常的程序是不能参与并发执行的，因为程序执行的结果是不可再现的；这样程序的运行就失去了意义，为了使程序能并发执行，引入了“进程”的概念。,程序是存在磁盘的文件时静态的。,进程的定义,静止的程序无法描述正在运行程序的活动规律，以及系统内的动态情况。,进程的特征,结构特征进程是为描述了正在运行的程序的若干指标。从实现的角度是一个结构体数据结构 称为PCB(进程控制块)并发性 独立性独立运行，独立获得资源的基本单位异步性 进程在计算机系统中推进的速度不可预知 5）动态性（最基本特征，具有生命周期创建 调度 暂停 撤销,3.进程与程序的区别与联系,动态与静态 本质区别，进程是动态的，程序是静态的 进程可以并发执行，程序不能进程是竞争计算机系统资源、进行调度的基本单位进程与程序有联系,进程既然是动态的，因此它有若干状态,4进程的三种基本状态,就绪状态(Ready)万事俱备，只欠CPU;就绪队列；等待调度程序进行调度执行/运行状态(Running)占有CPU，正在运行（单CPU 系统，任何时刻只有一个进程在运行）阻塞状态(Blocked)运行进程发生某事件（请求I/O）而暂停执行，自愿放弃CPU 进入阻塞状态；当I/0完成，进入就需状态。,当进程执行过程中，CPU被强行掠夺，那么进程进入什么状态呢？,强行掠夺：在分时系统中，采用的是时间片机制，当进程时间片完了，那么CPU将被掠夺，或者由于更高级别的进程进来获得了CPU，当前的进程也被剥夺CPU?此时进程进入什么状态呢？,进程的三种基本状态及其转换图,5.新状态和终止状态,新状态（New）建立 就绪队列 新状态终止状态（Terminated）进程结束 撤销 终止状态,进程状态变迁图,就绪,进程状态的转换,新就绪就绪执行 执行就绪 执行阻塞 阻塞就绪 执行终止 就绪阻塞 阻塞执行,6挂起状态,挂起状态的产生 进程不断被创建，内存资源越来越有限，此时有重要的进程必须被创建，而内存已没有足够的空间，可考虑把一部分进程送离内存。这部分就叫挂起。进程状态的转换 引入挂起状态后，将又增加从挂起状态到非挂起状态的装换；,6挂起状态,进程状态的转换活动就绪静止就绪 从处于未被挂起的就绪状态称为“活动就绪”，当被挂起后，该进程就装变为“静止就绪”活动阻塞静止阻塞 从处于未被挂起的阻塞状态称为“活动就绪”，当被挂起后，该进程就装变为“静止阻塞”静止就绪活动就绪 被激活静止阻塞活动阻塞,被激活,6挂起状态,引入挂起状态的原因 终端用户的请求 用户编程过程中，调用了挂起代码父进程请求 A进程中创建B进程，则A与B是父子关系，对B的控制和管理由A负责；负荷调节的需要 操作系统的需要 操作系统修改进程时，可能将进程挂起,具有挂起状态的进程状态图,2.1.6 进程控制块PCB,1.进程控制块的作用2.进程控制块中的信息3.进程控制块的组织方式,1.进程控制块的作用,(1).定义进程控制块（PCB:Process Control Block）是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构，其中记录了OS所需的、用于描述进程情况及控制进程运行的全部信息。(2).作用使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。PCB是OS 感知进程存在的唯一标志。创建进程：建立PCB撤销进程：收回PCB,1.进程控制块（PCB）的作用,作用(对正在运行的程序的描述)1、是进程存在的唯一标识。2、操作系统是通过进程控制块来对进程进行控制和管理的。PCB是OS 感知进程存在的唯一标志。创建进程：建立PCB撤销进程：收回PCB,1)进程标识符 进程标识符用于惟一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符：(1)内部标识符在所有的操作系统中，都为每一个进程赋予一个惟一的数字标识符，它通常是一个进程的序号。设置内部标识符主要是为了方便系统使用。(2)外部标识符它由创建者提供，通常是由字母、数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。为了描述进程的家族关系，还应设置父进程标识及子进程标识。此外，还可设置用户标识，以指示拥有该进程的用户。,2.进程控制块中的信息（1）,2)处理机状态 处理机状态信息主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。通用寄存器又称为用户可视寄存器，它们是用户程序可以访问的，用于暂存信息；指令计数器其中存放了要访问的下一条指令的地址；程序状态字PSW其中含有状态信息，如条件码、执行方式、中断屏蔽标志等；用户栈指针每个用户进程都有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址。栈指针指向该栈的栈顶。,2.进程控制块中的信息（续2）,3)进程调度信息在PCB中还存放一些与进程调度和进程对换有关的信息，包括：进程状态指明进程的当前状态，作为进程调度和对换时的依据；处于阻塞的不能被调度，只有就绪的才能被调度 进程优先级用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程应优先获得处理机；进程调度所需的其它信息它们与所采用的进程调度算法有关，比如，采用先来先调度的算法，那必须知道进程创建的时间先后顺序 事件是指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件，即阻塞原因。,2.进程控制块中的信息（续3）,4)进程控制信息 程序和数据的地址是指进程的程序和数据所在的内存或外存地(首)址，以便再调度到该进程执行时，能从PCB中找到其程序和数据；进程同步和通信机制指实现进程同步和进程通信时必需的机制，两个进程通信的方式 资源清单是一张列出了除CPU以外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单；链接指针它给出了本进程(PCB)所在队列中的下一个进程的PCB的首地址。指向同种状态的下一个进程。,2.进程控制块中的信息（续4）,3.进程控制块的组织方式,1)链接方式 通过进程控制块中的指针，将进程控制块排成几个队列：就绪队列，阻塞队列，空闲队列2)索引方式系统建立几张索引表：就绪进程索引表，阻塞进程索引表，空闲进程控制块索引表保留各索引表的首地址。,1)链接方式,PCB链接队列示意图,按索引方式组织PCB,2.2 进 程 控 制,主要任务：创建和撤销进程，并实现进程的状态转换，一般由操作系统内核实现。2.2.1 进程的创建2.2.2 进程的终止2.2.3 进程的阻塞与唤醒2.2.4 进程的挂起与激活,2.2.1 进程的创建,1.进程图(Process Graph)2.引起创建进程的事件 3.进程的创建(Creation of Progress),2.进程的创建过程,创建原语Create()，步骤如下：(1)申请空白PCB。分配唯一的数字标识符(2)为新进程分配资源。(3)初始化进程控制块PCB。(标识符、CPU状态、进程控制信息)(4)将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。,3 进程的终止过程（）,(1)根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。(2)若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度。(3)若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止，以防他们成为不可控的进程。(4)将被终止进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统。(5)将被终止进程(它的PCB)从所在队列(或链表)中移出，等待其他程序来搜集信息。,4、进程阻塞过程,正在执行的进程，当发现上述某事件时，由于无法继续执行，于是进程便通过调用阻塞原语block把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后，由于此时该进程还处于执行状态，所以应先立即停止执行，把进程控制块中的现行状态由“执行”改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待)队列。最后，转到进程调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换，亦即，保留被阻塞进程的处理机状态(在PCB中)，再按新进程的PCB中的处理机状态设置CPU的环境。,进程唤醒过程,当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程(比如，用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup()，将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。,5 进程的挂起与激活,1.进程的挂起引起进程挂起的事件：如，用户进程请求将自己挂起，或父进程请求将自己的某个子进程挂起，系统将利用挂起原语suspend()将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。挂起原语的执行过程是：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。为了方便用户或父进程考查该进程的运行情况而把该进程的PCB复制到某指定的内存区域。最后，若被挂起的进程正在执行，则转向调度程序重新调度。,5进程的挂起与激活（续）,2.进程的激活过程激活进程的事件：如，父进程或用户进程请求激活指定进程，若该进程驻留在外存而内存中已有足够的空间时，则可将在外存上处于静止就绪状态的进程换入内存。这时，系统将利用激活原语active()将指定的进程激活。激活原语的执行过程是：先将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态，若是静止就绪，便将之改为活动就绪；若为静止阻塞便将之改为活动阻塞。假如采用的是抢占调度策略，则每当有新进程进入就绪队列时，应检查是否要进行重新调度，即由调度程序将被激活进程与当前进程进行优先级的比较，如果被激活进程的优先级更低，就不必重新调度；否则，立即剥夺当前进程的运行，把处理机分配给刚被激活的进程。,作业,1、试从动态性、并发性、独立性比较进程和程序。2、画出三种三个基本状态之间转换图，并用自己的语言简述状态转换原因。,1.引起创建进程的事件,用户登录作业调度提供服务应用请求,2 引起终止的事件,1.引起进程终止(Termination of Process)的事件 1)正常结束 2)异常结束 在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而迫使进程终止。如：越界错误。保护错。非法指令。特权指令错。运行超时。等待超时。算术运算错。I/O故障。3)外界干预 外界干预并非指在本进程运行中出现了异常事件，而是指进程应外界的请求而终止运行。如：操作员或操作系统干预。父进程请求。父进程终止。,3.引起进程阻塞和唤醒的事件,请求系统服务 2)启动某种操作 3)新数据尚未到达 4)无新工作可做,