主要內(nèi)容

t■IB?14?1?IB??t??■??4?1?tBIBIBtBIB<I4■“?t??????BI?■?4??>tB?■flBt

。多道程序設(shè)計(jì)

。進(jìn)程

。進(jìn)程間的相互作用

。進(jìn)程間的通信

?:?進(jìn)程（線程）調(diào)度（CPU調(diào)度）

?:?系統(tǒng)內(nèi)核

。線程

進(jìn)程管理2

4.1多道程序設(shè)計(jì)

IBt■■14B1?t-??■■■IB?-?I?4?IBflB?BI■<I4?1??B??t??■■■■?I??B?"?IBt?

。順序程序

。并發(fā)程序

。多道程序設(shè)計(jì)

進(jìn)程管理3

霸1.順序程序

????-???-??????????**??*??,?<■?.??????■.■..*.■.

-*F■—，」，■?????■??????<????B?■I■■BI■4B4Bl????????B??■?<BI?

程序：

指令或語(yǔ)句序列，體現(xiàn)了某種算法

所有程序是順序的

順序環(huán)境：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中只有一個(gè)程序在運(yùn)行

該程序獨(dú)占系統(tǒng)中所有資源

其執(zhí)行不受外界影響

進(jìn)程管理4

tBIfe4I4B1BfB?Bt?4?■B4?4?IBtBIBIBflBI■4I4B1??B4■t??*I■4?4>t?I■3?I■t?

特征：

?:?程序執(zhí)行的順序性

?:?程序執(zhí)行的封閉性

獨(dú)占資源，執(zhí)行過(guò)程中不受外界影響

?:?程序執(zhí)行結(jié)果的確定性

程序運(yùn)行結(jié)果與程序執(zhí)行速度無(wú)關(guān)，只要初始狀

態(tài)相同，結(jié)果應(yīng)相同

。程序結(jié)果的可再現(xiàn)性

進(jìn)程管理5

2.多道程序設(shè)計(jì)

?BtfeI14?，?l-???tvCBf?tBIBflB?BI■4I411ftIB?Bt????I4?I?tB?"■IBt■

多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)

存并運(yùn)行，引入目的是為了提高系統(tǒng)效率。

考慮因素：

。在多道程序環(huán)境下如何向用戶提供服務(wù)；

。在并發(fā)程序之間如何正確傳遞消息（通信）；

?：?如何對(duì)CPU進(jìn)行調(diào)度，保證每個(gè)用戶相對(duì)公平地得到CPU

（CPU是一個(gè)只可調(diào)度，不可分配的資源）。

進(jìn)程管理6

例1--順序環(huán)境

tBtB4B4■■?f??■t?flBIB(BfBtBIBIB?BI■4I4■，ftIB4■t??■?I494?1?f???IBt?

在順序環(huán)境下，A先執(zhí)行，B再執(zhí)行

CPU利用率=40/80=50%

DEVI利用率=15/80=18.75%

DEV2利用率=25/80=31.25%

進(jìn)程管理7

例1--并發(fā)環(huán)境

?Bt■■14?，?l-???tvCBf?tBIBflB?BI■4I411ftIB?Bt????I4?I?tB?"■IBt■

ACPUDEVI-----CPUDEV2CPU

I--------------1-------1-------1------1-----1-----1-----1-----1—?t

1015202530354045

BDEVICPUDEV2CPU-----DEV2

在并發(fā)環(huán)境下CPU利用=89%

DEVI并發(fā)環(huán)境下利用=33%

DEV2并發(fā)環(huán)境下利用=66%

進(jìn)程管理8

多道程序環(huán)境的特點(diǎn)

?Bt■■14?，?l-???tvCBf?tBIBflB?BI■4I411ftIB?Bt????I4?I?tB?"■IBt■

。獨(dú)立性

邏輯上獨(dú)立。

。隨機(jī)性

數(shù)據(jù)的輸入和執(zhí)行的時(shí)間是隨機(jī)的。

。資源共享性

系統(tǒng)中資源被多個(gè)進(jìn)程使用。

進(jìn)程管理9

程序的并發(fā)執(zhí)行

9IBl*B<->1">**?t?IB<-?IBt?IBIBfl*Bt■■I4B1??B4■???BI>4?<>t■■Bfl■I■

一定時(shí)間內(nèi)，物理機(jī)器上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的

程序同處于開(kāi)始運(yùn)行但尚未結(jié)束的狀態(tài)，并且次序

不是事先確定的。

與順序執(zhí)行時(shí)不同的特性：

。并發(fā)程序在執(zhí)行期間具有相互制約關(guān)系

。程序與計(jì)算不再一一對(duì)應(yīng)

?:?并發(fā)程序執(zhí)行結(jié)果不可再現(xiàn)

進(jìn)程管理10

4.2進(jìn)程

。進(jìn)程的概念

q?進(jìn)程的特征

?:?進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換

?:?進(jìn)程控制塊(ProcessControlBlock)

進(jìn)程管理11

進(jìn)程：為了描述程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)資

源的共享，所需的一個(gè)描述程序執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)

特征的概念

?OS必須交替執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程，以便最大程度的使用

CPU,同時(shí)提供合理的響應(yīng)時(shí)間

?OS必須將資源分配給進(jìn)程，同時(shí)避免死鎖

?:*os必須支持用戶創(chuàng)建進(jìn)程

?:.OS必須支持進(jìn)程間通信

進(jìn)程管理12

1.進(jìn)程的概念

定義：Process

進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)

數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)

進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位。

又稱任務(wù)(Task)

進(jìn)程管理13

進(jìn)程何時(shí)創(chuàng)建?

?:?用戶登錄

。提交一個(gè)程序執(zhí)行

?:?由OS創(chuàng)建，以向用戶提供服務(wù)（如：打印

文件）

?:?由已存在的一進(jìn)程創(chuàng)建

米一個(gè)用戶程序可創(chuàng)建成多個(gè)進(jìn)程

進(jìn)程管理14

進(jìn)程何時(shí)中止?

tBIfeI14■■?tB?■t■tBIB4?4?fBt?IBIBflBI■4I4B1??B4■t??BIII?4>I???fl■t?

?:?程序執(zhí)行的，指令

。用戶退出登錄

?:?進(jìn)程執(zhí)行一個(gè)中止服務(wù)請(qǐng)求

?:?出錯(cuò)及失敗因素

進(jìn)程管理15

進(jìn)程中止的原因

?:?正常結(jié)束

?:?給定時(shí)限到

。缺少內(nèi)存

?:?存儲(chǔ)器出界

?:?保護(hù)性出錯(cuò)

米例子：寫(xiě)只讀文件

?:?算術(shù)錯(cuò)

?:?超出時(shí)間

米進(jìn)程等待超過(guò)對(duì)某事件的最大值

進(jìn)程管理16

進(jìn)程中止的原因（續(xù)1）

IBt■■14?，?t-??■t1IB<-?I?t?IBflB?BI■II4?1??B??t??■■■■?I?tB?"?IBt?

?I/O失敗

?:?無(wú)效指令

*如試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)

。特權(quán)指令

?:?操作系統(tǒng)干預(yù)

米如當(dāng)死鎖發(fā)生時(shí)

?:?父進(jìn)程請(qǐng)求中止某一子進(jìn)程

?:?父進(jìn)程中止，所以子進(jìn)程也中止

進(jìn)程管理17

進(jìn)程的分類

?:?系統(tǒng)進(jìn)程

?:?用戶進(jìn)程

系統(tǒng)進(jìn)程優(yōu)先于用戶進(jìn)程

daemon:守護(hù)進(jìn)程/精靈進(jìn)程

進(jìn)程管理18

2.進(jìn)程的特征

程序與進(jìn)程之間的區(qū)別：

?:?進(jìn)程更能真實(shí)地描述并發(fā)，而程序不能

?:?進(jìn)程是由程序和數(shù)據(jù)兩部分組成的

?:?程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的

?:?進(jìn)程有生命周期，有誕生有消亡，短暫的；

而程序是相對(duì)長(zhǎng)久的

?:?一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程，反之亦然

?:?進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，而程序沒(méi)有

?:?生活中類比例子:

進(jìn)程管理19

..........進(jìn)程的特性............

?IBI■■14?，?tB?■t?4?I■?91?t?I?1BIBI■?I4BI?tB4Bf??BI■4?1?,?I■■BI■f?

?:?并發(fā)性

任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起向前推進(jìn)

?:?動(dòng)態(tài)性

進(jìn)程對(duì)應(yīng)程序的執(zhí)行

米進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的

米進(jìn)程在其生命周期內(nèi)，在三種基本狀態(tài)之間

轉(zhuǎn)換

米動(dòng)態(tài)的地址空間

進(jìn)程管理20

進(jìn)程的特性（續(xù)）

?Bt■■14?，?l-???tvCBf?tBIBflB?BI■4I411ftIB?Bt????I4?I?tB?"■IBt■

?:?獨(dú)立性

進(jìn)程是資源分配的一個(gè)獨(dú)立單位

例如：各進(jìn)程的地址空間相互獨(dú)立

。交互性

指進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中可能與其他進(jìn)程

產(chǎn)生直接或間接的關(guān)系

。異步性

每個(gè)進(jìn)程都以其相對(duì)獨(dú)立的、不可預(yù)

知的速度向前推進(jìn)

進(jìn)程管理21

3.進(jìn)程的基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換

進(jìn)程的三種基本狀態(tài)：

進(jìn)程在生命消亡前處于且僅處于三種基本狀態(tài)之

不同系統(tǒng)設(shè)置的進(jìn)程狀態(tài)數(shù)目不同

進(jìn)程管理22

?:?運(yùn)行態(tài)(Running)：

進(jìn)程占有CPU,并在CPU上運(yùn)行

*就緒態(tài)（Ready）：

一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)具備運(yùn)行條件，但由于無(wú)CPU暫

時(shí)不能運(yùn)行的狀態(tài)（當(dāng)調(diào)度給其CPU時(shí)，立即

可以運(yùn)行）

。等待態(tài)（Blocked）：阻塞態(tài)、封鎖態(tài)、睡眠

態(tài)

指進(jìn)程因等待某種事件的發(fā)生而暫時(shí)不能運(yùn)行

的狀態(tài)（即使CPU空閑，該進(jìn)程也不可運(yùn)行）

進(jìn)程管理23

進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換

進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換：

在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中，由于進(jìn)程自身進(jìn)展情況及外界環(huán)

境的變化，這三種基本狀態(tài)可以依據(jù)一定的條件相互轉(zhuǎn)換。

①就緒一＞運(yùn)行

②運(yùn)行一＞就緒

③運(yùn)行一＞等待

④等待一＞就緒

進(jìn)程管理25

望進(jìn)程轉(zhuǎn)換

?BIBfl■4B1?tB??t?IB????4B1Bt?I?IBIBI■■I4B1?tB4Bt■?BI■??<BI?tB??flBf?

?:?就緒一＞運(yùn)行

*調(diào)度程序選擇一個(gè)新的進(jìn)程運(yùn)行

。運(yùn)行一＞就緒

輪運(yùn)行進(jìn)程用完了時(shí)間片

*運(yùn)行進(jìn)程被中斷，因?yàn)橐桓邇?yōu)先級(jí)

進(jìn)程處于就緒狀態(tài)。

進(jìn)程管理26

進(jìn)程轉(zhuǎn)換(續(xù)1)

?:?運(yùn)行一＞等待

*當(dāng)一進(jìn)程必須等待時(shí)

■OS尚未完成服務(wù)

■對(duì)一資源的訪問(wèn)尚不能進(jìn)行

?初始化I/O且必須等待結(jié)果

■等待某一進(jìn)程提供輸入(IPC)

?:?等待一＞就緒

當(dāng)所等待的事件發(fā)生時(shí)

進(jìn)程管理27

Mg■IBIB411?fl??Bf?flB!??>4?IBflBI■IBABt■fl■4B1??B4BI■?■?Bt>4

3i…=?………

其他狀態(tài)：

?:?創(chuàng)建狀態(tài)，終止?fàn)顟B(tài)

。掛起（suspend）狀態(tài)

進(jìn)程沒(méi)有占用內(nèi)存空間

處在掛起狀態(tài)的進(jìn)程映像在磁盤(pán)上

（調(diào)節(jié)負(fù)載，對(duì)換）

進(jìn)程管理28

創(chuàng)建（新new）狀態(tài)

米OS已完成為創(chuàng)建一進(jìn)程所必要的工作

■已構(gòu)造了進(jìn)程標(biāo)識(shí)符

■已創(chuàng)建了管理進(jìn)程所需的表格

*但還沒(méi)有允許執(zhí)行該進(jìn)程（尚未同意）

-因?yàn)橘Y源有限

進(jìn)程管理29

終止（退出exit）狀態(tài)

IBI■■■?B1BI??■4?■■??4?1?4BIBIBtBIB<I4Bi?tB4■???BI?■?4>tB?■flBI■

米中止后進(jìn)程移入該狀態(tài)

它不再有執(zhí)行資格

表格和其它信息暫時(shí)由輔助程序保留

■例子：為處理用戶帳單而累計(jì)資源使用

情況的財(cái)務(wù)程序

。當(dāng)數(shù)據(jù)不再需要后，進(jìn)程（和它的表格）被刪

除

進(jìn)程管理30

五狀態(tài)進(jìn)程模型

???■.■....????一??■.■,9.■■??.■

1■B，t?B，l14■■BrlIBB?l，???|J??????????????1?t'0,??,??B1B???Bt??■414??，B1?t??B?1,?B?t???????■，■??■?????<??，Bt??，11??■■tlBflw?■

許可調(diào)度釋放

:一「

J超時(shí)/

Et/

事件Event/

發(fā)生OccursyXEvent箜管

/Wait事件

(阻.J

'、一

準(zhǔn)備退出:父進(jìn)程可中止子進(jìn)程

進(jìn)程管理31

Linux進(jìn)程狀態(tài)

IBtBfl14BtBtB?Bt■&■■■??4BfBtBIBIBflBIB4I4B1???4■I??BII4?1?I?1Bfl■I

Linux的進(jìn)程狀態(tài)有五種

?TASKRUNNING：

裝示進(jìn)程具備運(yùn)行的資格，正在運(yùn)行或等待被調(diào)度

執(zhí)行。進(jìn)程控制塊中有一個(gè)nm」ist成員，所有處于

TASK_RUNNING狀態(tài)的進(jìn)程都通過(guò)該成員鏈在一起，

稱之為可運(yùn)行隊(duì)列。

?TASKINTERRUPTIBLE和TASKUNINTERRUPTIBLE：

而種狀態(tài)均表示進(jìn)程處于等在狀態(tài)。

TASKINTERRUPTIBLE了資源滿足時(shí)可以被喚

醒外，還可以被信號(hào)喚醒，WTASKUNINTERRUPT

IBLE貝IJ不行。

進(jìn)程管理32

Linux進(jìn)程狀態(tài)（續(xù)1）

tBt■■14?，?l-???tvCBf?tBIBflB?BI■4I411ftIB?Bt????I4?I?tB?"■IBt■

?TASKSTOPPED：進(jìn)程處于暫停狀態(tài)，主

要用于調(diào)試目的。如正在運(yùn)行的進(jìn)程收到

SIGSTOP信號(hào)將進(jìn)入TASK_STOPPED狀態(tài)

?TASKZOMBIE：表示進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束運(yùn)行

并釋放了大部分占用的資源，但task_struct

結(jié)構(gòu)還未被釋放

進(jìn)程管理33

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