計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課件：第3章進(jìn)程管理-進(jìn)程控制與線程02

1、1第三章 進(jìn)程與進(jìn)程管理2知識(shí)回顧與展開在上一節(jié)課中我們主要介紹了：程序的順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行進(jìn)程定義與特征進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換模型進(jìn)程控制塊在本節(jié)課，我們將介紹進(jìn)程控制線程33.2.4 進(jìn)程控制1 進(jìn)程控制任務(wù)2 內(nèi)核3 進(jìn)程的創(chuàng)建4 進(jìn)程的終止5 進(jìn)程的阻塞與喚醒6 進(jìn)程的掛起與激活41.進(jìn)程控制任務(wù)進(jìn)程控制任務(wù)： 進(jìn)程控制是對(duì)系統(tǒng)中所有進(jìn)程從產(chǎn)生、存在到消亡的全過程實(shí)行有效的管理和控制。進(jìn)程控制一般是由操作系統(tǒng)的內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核在執(zhí)行操作時(shí)，往往是通過執(zhí)行各種原語操作來實(shí)現(xiàn)的。52 內(nèi)核內(nèi)核概念：在現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往把一些與硬件緊密相關(guān)的模塊或運(yùn)行效率較高的模塊以及為許多模塊所公用的一些

2、基本操作放在靠近硬件的第一層軟件中，并使它們常駐在內(nèi)存，以提高操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率。把這部分稱為操作系統(tǒng)的內(nèi)核。內(nèi)核功能： 支撐功能：中斷處理、時(shí)鐘管理、原語操作 資源管理功能：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理63 原語原語概念：是由若干條機(jī)器指令所構(gòu)成，用以完成特定功能的一段程序。原語特性：這段程序在執(zhí)行期間不可分割。也就是說原語的執(zhí)行不能被中斷。所以原語操作具有原子性要么全都完成，要么全都不做。7原語分類創(chuàng)建原語撤消原語阻塞原語喚醒原語掛起原語激活原語8 進(jìn)程圖：進(jìn)程圖是一棵有向樹(如下圖)，結(jié)點(diǎn)代表進(jìn)程。一棵樹表示一個(gè)家族，根結(jié)點(diǎn)為該家族的祖先(Ancestor)。說明：1.在進(jìn)程B創(chuàng)建了進(jìn)程

3、D之后， 稱B是D的父進(jìn)程，D是B的子進(jìn)程。2.子進(jìn)程可以繼承父進(jìn)程所擁有的資源；3.在撤銷父進(jìn)程時(shí)，也必須撤銷其所有的子進(jìn)程。1.進(jìn)程的創(chuàng)建-進(jìn)程圖9進(jìn)程圖和前趨圖之間的差異前趨圖描述的是任務(wù)(或進(jìn)程)之間的前趨關(guān)系；只有在前趨進(jìn)程完成后，其后繼進(jìn)程才能運(yùn)行。在進(jìn)程圖中，創(chuàng)建者和被創(chuàng)建者可以并發(fā)執(zhí)行，也可以父進(jìn)程等待其所有的子進(jìn)程結(jié)束后再執(zhí)行，這完全取決于創(chuàng)建原語和創(chuàng)建者的需要。 10引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件？ 用戶登錄 作業(yè)調(diào)度 提供服務(wù) 應(yīng)用請(qǐng)求1.進(jìn)程的創(chuàng)建(Creat( )原語)11進(jìn)程的創(chuàng)建過程？1.進(jìn)程的創(chuàng)建申請(qǐng)空白PCB，分配一個(gè)統(tǒng)一進(jìn)程標(biāo)識(shí)符為新進(jìn)程分配內(nèi)存空間初始化進(jìn)程控制塊初始

4、化標(biāo)識(shí)信息初始化處理機(jī)狀態(tài)信息初始化處理機(jī)控制信息將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列12引起進(jìn)程終止的原因正常結(jié)束異常結(jié)束（越界錯(cuò)、保護(hù)錯(cuò)、特權(quán)指令錯(cuò)、非法指令、運(yùn)行超時(shí)、等待超時(shí)、算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)以及I/O故障等）外界干預(yù)（操作員干預(yù)、父進(jìn)程請(qǐng)求、父進(jìn)程終止） 2. 進(jìn)程的終止(撤消-distroy()原語)133.進(jìn)程的阻塞(block原語) 處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程，在其運(yùn)行過程中期待某一事件發(fā)生，如等待鍵盤輸入、等待磁盤數(shù)據(jù)傳輸完成、等待其它進(jìn)程發(fā)送消息，當(dāng)被等待的事件未發(fā)生時(shí)，由進(jìn)程自己執(zhí)行阻塞原語(block)，使自己由運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)。 144. 進(jìn)程的喚醒- (wakeup原語)功能：?jiǎn)拘涯骋惶幱诘却?

5、阻塞)隊(duì)列當(dāng)中的進(jìn)程。引起喚醒的原因 系統(tǒng)服務(wù)由不滿足到滿足I/O完成新數(shù)據(jù)到達(dá)進(jìn)程提出新請(qǐng)求（服務(wù)） 155. 進(jìn)程的掛起原語與激活原語掛起原語(suspend)的功能：自身掛起、掛起具有指定標(biāo)識(shí)符的進(jìn)程、將其進(jìn)程及其全部或部分“子孫”掛起。激活原語(active)功能：使處于靜止?fàn)顟B(tài)的進(jìn)程變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。163.4 線程的基本概念3.4.1 線程的引入3.4.2 線程的定義和屬性3.4.3 線程與進(jìn)程的比較171.進(jìn)程的兩個(gè)基本屬性：進(jìn)程是一個(gè)擁有資源的獨(dú)立單位。 進(jìn)程同時(shí)又是一個(gè)可以被處理機(jī)獨(dú)立調(diào)度和分配的基本單位。以上兩個(gè)屬性構(gòu)成進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的基礎(chǔ)。3.4.1 線程的引入18進(jìn)程的引入提

6、高了計(jì)算機(jī)資源的利用效率。對(duì)進(jìn)程系統(tǒng)必須完成的操作：創(chuàng)建進(jìn)程撤消進(jìn)程進(jìn)程切換缺點(diǎn)： 時(shí)間空間開銷大，同時(shí)進(jìn)程間通信的效率 也受到限制。3.4.1 線程的引入（續(xù)）19線程：是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。線程自己基本不用系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源。線程可以與同屬于一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所有擁有的全部資源。3.4.2 線程的定義20 在引入線程的操作系統(tǒng)中，把線程作為處理機(jī)調(diào)度的基本單位，把進(jìn)程作為資源分配的基本單位，一個(gè)進(jìn)程內(nèi)可同時(shí)有多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程。3.4.2 線程的定義213.4.2 線程的特點(diǎn)是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體，可作為系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位

7、。 不擁有系統(tǒng)資源（只擁有從屬進(jìn)程的全部資源，資源是分配給進(jìn)程）。 一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程可并發(fā)執(zhí)行。（進(jìn)程可創(chuàng)建不同的線程去執(zhí)行同一程序的不同部分） 系統(tǒng)開銷小、切換快22線程的優(yōu)點(diǎn)：減小并發(fā)執(zhí)行的時(shí)間和空間開銷（線程的創(chuàng)建、退出和調(diào)度），因此容許在系統(tǒng)中建立更多的線程來提高并發(fā)程度。線程的創(chuàng)建時(shí)間比進(jìn)程短；線程的終止時(shí)間比進(jìn)程短；同進(jìn)程內(nèi)的線程切換時(shí)間比進(jìn)程短；由于同進(jìn)程內(nèi)線程間共享內(nèi)存和文件資源，可直接進(jìn)行不通過內(nèi)核的通信；同一進(jìn)程內(nèi)各線程都可訪問整個(gè)進(jìn)程的所有資源。233.4.3 線程與進(jìn)程的比較調(diào)度：線程作為資源調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程作為擁有資源的基本單位。同一進(jìn)程中，線程切換不引起進(jìn)程的切換，當(dāng)不同進(jìn)