操作系統(tǒng)第二章

1、第二章第二章 處理機(jī)的管理處理機(jī)的管理進(jìn)程管理進(jìn)程管理2.1 2.1 前趨圖和程序執(zhí)行前趨圖和程序執(zhí)行2.2 2.2 進(jìn)程的描述進(jìn)程的描述 2.3 2.3 進(jìn)程控制進(jìn)程控制2.4 2.4 線程的基本概念線程的基本概念1 1、前趨圖的定義、前趨圖的定義2.1.1 2.1.1 前趨圖的定義前趨圖的定義 前趨圖：有向無環(huán)圖。前趨圖：有向無環(huán)圖。 結(jié)點(diǎn)：表示操作、語句、程序段或進(jìn)程。結(jié)點(diǎn)：表示操作、語句、程序段或進(jìn)程。 邊：操作之間的關(guān)系，偏序或前趨關(guān)系。邊：操作之間的關(guān)系，偏序或前趨關(guān)系。2.12.1前前趨趨圖圖和和程程序序執(zhí)執(zhí)行行2 2、例：、例：注：前趨圖中必須不存在循環(huán)注：前趨圖中必須不存在循

2、環(huán)2.1.2 2.1.2 順序程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行順序程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行2.12.1前前趨趨圖圖和和程程序序執(zhí)執(zhí)行行1 1、執(zhí)行情況：與操作的靜態(tài)描述一致、執(zhí)行情況：與操作的靜態(tài)描述一致例：例：2 2、特征：、特征：順序性順序性封閉性封閉性可再現(xiàn)性可再現(xiàn)性1 1、執(zhí)行情況：與操作的靜態(tài)描述、執(zhí)行情況：與操作的靜態(tài)描述不一定一致不一定一致2.1.3 2.1.3 并發(fā)程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行并發(fā)程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行2.12.1前前趨趨圖圖和和程程序序執(zhí)執(zhí)行行例：例：程序段程序段 多道程序環(huán)境下程序的并發(fā)執(zhí)行多道程序環(huán)境下程序的并發(fā)執(zhí)行2 2、特征：、特征：間斷性間斷性失去封閉性失去封閉性不可再現(xiàn)性不可再現(xiàn)性3 3、

3、程序并發(fā)執(zhí)行的條件、程序并發(fā)執(zhí)行的條件2.1.3 2.1.3 并發(fā)程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行并發(fā)程序設(shè)計(jì)及其執(zhí)行2.12.1前前趨趨圖圖和和程程序序執(zhí)執(zhí)行行引入引入P Pi i R(PR(Pi i) )：程序：程序P Pi i在執(zhí)行期間所需在執(zhí)行期間所需參考參考的所有變量的集合的所有變量的集合- -讀集讀集W(PW(Pi i) )：程序：程序P Pi i在執(zhí)行期間所需在執(zhí)行期間所需改變改變的所有變量的集合的所有變量的集合- -寫集寫集則則P Pi i與與P Pj j能并發(fā)執(zhí)行的條件能并發(fā)執(zhí)行的條件: : R(P R(Pi i) ) W(P W(Pj j)= R(P)= R(Pj j) ) W(P W(P

4、i i)= W(P)= W(Pi i) ) W(P W(Pj j)=)=亦即：亦即： R(PR(Pi i) ) W(P W(Pj j)R(Pj) W(Pi)R(Pj) W(Pi)W(Pi) W(Pj)W(Pi) W(Pj)= = 若兩個(gè)程序能滿足上述條件，它們便能并發(fā)執(zhí)行，且具有若兩個(gè)程序能滿足上述條件，它們便能并發(fā)執(zhí)行，且具有可再現(xiàn)性。該條件又稱為可再現(xiàn)性。該條件又稱為BernsteinBernstein條件。條件。 一、引入：一、引入：為描述為描述并發(fā)并發(fā)下程序的執(zhí)行情況下程序的執(zhí)行情況2.2.1 2.2.1 進(jìn)程的定義和特征進(jìn)程的定義和特征2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述二、定義：二、定

5、義：進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行 資源分配和處理機(jī)調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。資源分配和處理機(jī)調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。三、特征：三、特征：動(dòng)態(tài)性動(dòng)態(tài)性并發(fā)性并發(fā)性獨(dú)立性獨(dú)立性異步性異步性結(jié)構(gòu)特性：進(jìn)程結(jié)構(gòu)特性：進(jìn)程= =程序段程序段+ +數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段+ +PCBPCB四、進(jìn)程和程序的區(qū)別與聯(lián)系四、進(jìn)程和程序的區(qū)別與聯(lián)系2.2.1 2.2.1 進(jìn)程的定義和特征進(jìn)程的定義和特征2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)的概念；程序是一個(gè)的概念；程序是一個(gè)靜態(tài)靜態(tài)的概念；的概念； 進(jìn)程具有進(jìn)程具有并發(fā)性并發(fā)性，而程序沒有；，而程序沒有；進(jìn)程是資源分配

6、和處理機(jī)調(diào)度的獨(dú)立單位，其并進(jìn)程是資源分配和處理機(jī)調(diào)度的獨(dú)立單位，其并 發(fā)性受系統(tǒng)制約；發(fā)性受系統(tǒng)制約；一個(gè)程序，多次執(zhí)行，對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；不同一個(gè)程序，多次執(zhí)行，對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；不同 的進(jìn)程可以包含同一程序。的進(jìn)程可以包含同一程序。一、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)一、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)2.2.2 2.2.2 進(jìn)程狀態(tài)及其演變進(jìn)程狀態(tài)及其演變2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述1 1、就緒狀態(tài)、就緒狀態(tài)(ready):(ready):等處理機(jī)等處理機(jī)2 2、執(zhí)行狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)(running):(running):用處理機(jī)用處理機(jī)3 3、阻塞狀態(tài)、阻塞狀態(tài)(blocked):(blocked):等事件等事件二、

7、基本狀態(tài)演變圖二、基本狀態(tài)演變圖2.2.2 2.2.2 進(jìn)程狀態(tài)及其演變進(jìn)程狀態(tài)及其演變2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述創(chuàng)建創(chuàng)建運(yùn)行運(yùn)行就緒就緒阻塞阻塞時(shí)間片完時(shí)間片完調(diào)度調(diào)度事件發(fā)生事件發(fā)生(I/O(I/O完成完成) )等事件等事件(I/O(I/O請求請求) )完成完成撤消撤消三、具有三、具有掛起掛起操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖2.2.2 2.2.2 進(jìn)程狀態(tài)及其演變進(jìn)程狀態(tài)及其演變2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述1 1、引入、引入 系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié) 終端用戶的需要終端用戶的需要 操作系統(tǒng)的需要操作系統(tǒng)的需要 對換的需要對換的需要2 2、掛起：、掛起： 所謂所謂“掛起掛起

8、”，就是使正在，就是使正在活動(dòng)活動(dòng)的進(jìn)程（或執(zhí)行、的進(jìn)程（或執(zhí)行、或就緒、或阻塞）處于或就緒、或阻塞）處于靜止靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)回收回收被這被這些進(jìn)程占用的些進(jìn)程占用的內(nèi)存內(nèi)存資源。資源。三、具有三、具有掛起掛起操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖2.2.22.2.2 進(jìn)進(jìn)程程狀狀態(tài)態(tài)及及其其演演變變3 3、具有掛起操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖、具有掛起操作的進(jìn)程狀態(tài)演變圖活動(dòng)就緒活動(dòng)阻塞靜止阻塞時(shí)間片用完調(diào)度事件發(fā)生事件發(fā)生等待事件掛起激活掛起激活創(chuàng)建掛起活動(dòng)靜止運(yùn)行靜止就緒(內(nèi)存)(外存)一、一、PCBPCB的作用的作用2.2.3 2.2.3 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊PCBPCB2.

9、22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述1 1、OSOS根據(jù)根據(jù)PCBPCB來對并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行控制和管理來對并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行控制和管理2 2、PCBPCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志 從從PCBPCB在進(jìn)程的生命周期中起的作用了解在進(jìn)程的生命周期中起的作用了解3 3、PCBPCB應(yīng)常駐內(nèi)存應(yīng)常駐內(nèi)存二、二、PCBPCB中的信息中的信息2.2.3 2.2.3 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊PCBPCB2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述三、三、PCBPCB的組織方式的組織方式1 1、鏈接方式、鏈接方式2 2、索引方式、索引方式2.2.3 2.2.3 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊PCBPCB2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的

10、的描描述述三、三、PCBPCB的組織方式的組織方式PCB14PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7PCB8PCB93087901執(zhí)行指針就緒隊(duì)列指針阻塞隊(duì)列指針空閑隊(duì)列指針PCBPCB鏈接隊(duì)列示意圖鏈接隊(duì)列示意圖 2.2.3 2.2.3 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊PCBPCB2.22.2進(jìn)進(jìn)程程的的描描述述執(zhí)行指針就緒索引表PCB1PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7阻塞索引表就緒表指針阻塞表指針按索引方式組織按索引方式組織PCB PCB 三、三、PCBPCB的組織方式的組織方式2.3 2.3 進(jìn)程控制進(jìn)程控制進(jìn)程控制進(jìn)程控制 所謂進(jìn)程控制，就是對系統(tǒng)中所有進(jìn)程的所謂進(jìn)程控制，

11、就是對系統(tǒng)中所有進(jìn)程的生命歷生命歷程程實(shí)施控制。也即：進(jìn)程控制是管理進(jìn)程生滅及狀態(tài)實(shí)施控制。也即：進(jìn)程控制是管理進(jìn)程生滅及狀態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的程序的集合程序的集合。進(jìn)程控制是進(jìn)程控制是OSOS內(nèi)核內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。2.32.3進(jìn)進(jìn)程程控控制制2.3.1 2.3.1 內(nèi)核內(nèi)核一、操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1 1、引入：、引入：方便設(shè)計(jì)與維護(hù)，將操作系統(tǒng)分為不同層次，方便設(shè)計(jì)與維護(hù)，將操作系統(tǒng)分為不同層次， 將操作系統(tǒng)的功能設(shè)置在不同的層次中。將操作系統(tǒng)的功能設(shè)置在不同的層次中。2 2、原則：、原則：按調(diào)用關(guān)系分層，只有外層能調(diào)用內(nèi)層；按調(diào)用關(guān)系分層，只有外層能調(diào)用內(nèi)層；與硬件關(guān)系密切

12、的放在最里層；例如進(jìn)程調(diào)度；與硬件關(guān)系密切的放在最里層；例如進(jìn)程調(diào)度；與用戶關(guān)系密切的放在最外層；與用戶關(guān)系密切的放在最外層；2.32.3進(jìn)進(jìn)程程控控制制2.3.1 2.3.1 內(nèi)核內(nèi)核二、內(nèi)核：二、內(nèi)核：在層次結(jié)構(gòu)中最里層的程序模塊集合。在層次結(jié)構(gòu)中最里層的程序模塊集合。即：內(nèi)核是計(jì)算機(jī)硬件的第一層擴(kuò)充軟件即：內(nèi)核是計(jì)算機(jī)硬件的第一層擴(kuò)充軟件三、內(nèi)核的基本功能三、內(nèi)核的基本功能1 1、資源管理功能、資源管理功能 進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理2 2、支撐功能、支撐功能 中斷處理、時(shí)鐘管理、原語操作中斷處理、時(shí)鐘管理、原語操作2.32.3進(jìn)進(jìn)程程控控制制2.3.1

13、 2.3.1 內(nèi)核內(nèi)核四、內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)四、內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)1 1、用、用原語原語實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 2、原語：由若干條機(jī)器指令構(gòu)成的，完成特定功、原語：由若干條機(jī)器指令構(gòu)成的，完成特定功 能的一段程序，其執(zhí)行過程不可分割，能的一段程序，其執(zhí)行過程不可分割， 就象一條指令一樣。就象一條指令一樣。2.32.3進(jìn)進(jìn)程程控控制制2.3.2 2.3.2 進(jìn)程控制原語進(jìn)程控制原語進(jìn)程的創(chuàng)建、終止進(jìn)程的創(chuàng)建、終止進(jìn)程的阻塞、喚醒進(jìn)程的阻塞、喚醒進(jìn)程的掛起、激活進(jìn)程的掛起、激活補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題1 1（1 1）給出進(jìn)程定義，并舉一個(gè)實(shí)際比喻例子，說明在該例）給出進(jìn)程定義，并舉一個(gè)實(shí)際比喻例子，說明在該例子中什么可比喻為程序？什么可比喻為進(jìn)程？什么情況下是多個(gè)進(jìn)子中什么可比喻為程序？什么可比喻為進(jìn)程？什么情況下是多個(gè)進(jìn)程？程？（2 2）描述進(jìn)程的三種基本狀態(tài)，盡可能清楚地解釋處于不同狀）描述進(jìn)程的三種基本狀態(tài)，盡可能清楚地解釋處于不同狀態(tài)的進(jìn)程在性質(zhì)上的區(qū)別。態(tài)的進(jìn)程在性質(zhì)上的區(qū)別。（3 3）畫出進(jìn)程狀態(tài)變化圖，說明進(jìn)程怎樣從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下）畫出進(jìn)程狀態(tài)變化圖，說明進(jìn)程怎樣從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)。2 2現(xiàn)代操作系