操作系統(tǒng)第3講課件

操作系統(tǒng)概念

第三講進(jìn)程控制OperatingSystemConceptionDavidfu上章回顧作業(yè)周期分為哪幾階段？操作系統(tǒng)的五大功能模塊是什么？OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpace)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度（ProcessScheduling）進(jìn)程控制（OperationsonProcesses）線程(Thread)線程的適用范圍線程的分類OperatingSystemConceptionDavidfu程序并發(fā)(2)多道程序系統(tǒng)中的程序執(zhí)行獨(dú)立性：邏輯上獨(dú)立隨機(jī)性：輸入與程序開始時(shí)間是隨機(jī)的資源共享性：硬件和軟件資源共享OperatingSystemConceptionDavidfu程序并發(fā)(3)程序并發(fā)：是為了增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的處理能力和提供資源的利用率所設(shè)計(jì)的一種同時(shí)操作技術(shù)程序并發(fā)的影響：優(yōu)點(diǎn)：提高資源利用率缺點(diǎn)：必然導(dǎo)致資源共享和競(jìng)爭(zhēng)，從而改變程序的執(zhí)行速度。如果并發(fā)程序不按照特定的規(guī)則和方法進(jìn)行資源共享和競(jìng)爭(zhēng)，則其執(zhí)行結(jié)果將不可避免失去封閉性和可再現(xiàn)性。OperatingSystemConceptionDavidfu程序并發(fā)(4)ProcgetAddr(top)BeginLocalrR(top)Toptop-1Return(r)endProcreladdr(blk)BeginToptop+1(top)blkendOperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程和程序的區(qū)別進(jìn)程程序動(dòng)態(tài)靜態(tài)并行性沒有并行性競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)資源的基本單位不具有資源的競(jìng)爭(zhēng)性不同進(jìn)程可以包含同一個(gè)程序，該程序?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)集不同可以有多個(gè)進(jìn)程OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程和作業(yè)的區(qū)別作業(yè)是用戶需要計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)要求計(jì)算機(jī)所做工作的集合。作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)實(shí)體。進(jìn)程是執(zhí)行任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體一個(gè)作業(yè)可以由多個(gè)進(jìn)程組成，反之不成立作業(yè)的概念用于批處理系統(tǒng)，進(jìn)程的概念用于分時(shí)系統(tǒng)。OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程控制塊PCB進(jìn)程控制塊包含與特定進(jìn)程相關(guān)的信息進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程號(hào)程序計(jì)數(shù)器CPU寄存器CPU調(diào)度信息內(nèi)存管理信息記帳信息I/O狀態(tài)信息OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程上下文進(jìn)程上下文：是進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過程的靜態(tài)描述。

進(jìn)程上下文PCB各種控制表指針各種寄存器正文集數(shù)據(jù)集棧區(qū)OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程空間任何一個(gè)進(jìn)程都有自己的地址空間進(jìn)程在進(jìn)程空間內(nèi)執(zhí)行進(jìn)程空間分為用戶空間和系統(tǒng)空間用戶程序在用戶空間執(zhí)行，操作系統(tǒng)的內(nèi)核在系統(tǒng)空間執(zhí)行用戶模式和系統(tǒng)模式OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpace)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度（ProcessScheduling）進(jìn)程控制（OperationsonProcesses）線程(Thread)線程的適用范圍線程的分類OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpace)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度（ProcessScheduling）進(jìn)程控制（OperationsonProcesses）線程(Thread)線程的適用范圍線程的分類OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程調(diào)度(1)調(diào)度隊(duì)列（queues)作業(yè)隊(duì)列（jobqueue)就緒隊(duì)列(Readyqueue)設(shè)備隊(duì)列(Devicequeue)OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程調(diào)度(2)OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpace)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度（ProcessScheduling）進(jìn)程控制（OperationsonProcesses）線程(Thread)線程的適用范圍線程的分類OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程控制（1）進(jìn)程控制：系統(tǒng)使用一些具有特定功能的程序段來創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程并完成進(jìn)程各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到多進(jìn)程高效率并發(fā)執(zhí)行和協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)資源共享OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程控制（2）原語：（atomicoperation)在系統(tǒng)模式下執(zhí)行的某些特定功能的程序段。原語分為兩類：（1）機(jī)器指令級(jí)的 （2）功能級(jí)的特點(diǎn)：作為原語的程序段不允許并發(fā)作用：通常把進(jìn)程控制用的程序段作成原語進(jìn)程控制原語有：創(chuàng)建原語撤銷原語阻塞原語喚醒原語OperatingSystemConceptionDavidfu父子進(jìn)程控制圖

OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程控制（4）－創(chuàng)建入口查PCB鏈表有空PCB取空表PCB(i)將參數(shù)填入表中PCB(i)進(jìn)入就緒隊(duì)列PCB(i)進(jìn)入進(jìn)程鏈表返回創(chuàng)建失敗無OperatingSystemConceptionDavidfu進(jìn)程控制（7）－喚醒入口從等待隊(duì)列中取出被喚醒的進(jìn)程將被喚醒的進(jìn)程設(shè)置為就緒態(tài)將被喚醒的進(jìn)程送入就緒隊(duì)列轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度或返回OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpace)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度（ProcessScheduling）進(jìn)程控制（OperationsonProcesses）線程(Thread)線程的適用范圍線程的分類OperatingSystemConceptionDavidfu線程的概念線程定義：一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的基本調(diào)度單位，也稱為輕權(quán)進(jìn)程。線程既可以由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度，也可以由用戶程序控制引入線程的目的：提高系統(tǒng)執(zhí)行效率，減少處理機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間和調(diào)度切換時(shí)間，便于系統(tǒng)管理OperatingSystemConceptionDavidfu線程的概念多線程系統(tǒng)中進(jìn)程和線程的關(guān)系：OperatingSystemConceptionDavidfu線程和進(jìn)程的區(qū)別進(jìn)程線程程序獨(dú)立資源分配的基本單位CPU執(zhí)行的基本單位獨(dú)立地址空間共享同一地址空間與進(jìn)程共享資源調(diào)度開銷較大調(diào)度開銷較小OperatingSystemConceptionDavidfu線程的適用范圍服務(wù)器中的文件管理或通信控制減少內(nèi)存開銷前后臺(tái)處理減少處理機(jī)切換時(shí)間和提高執(zhí)行速度異步處理程序中的兩部分如果在執(zhí)行上沒有順序規(guī)定，則這兩部分程序可用線程執(zhí)行OperatingSystemConceptionDavidfu線程的分類用戶線程系統(tǒng)線程管理由用戶程序完成管理由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成系統(tǒng)開銷小小于進(jìn)程開銷，大于用戶線程開銷上下文切換在用戶棧、用戶寄存器之間進(jìn)行，不涉及處理機(jī)狀態(tài)可以被調(diào)度到一個(gè)處理機(jī)上并發(fā)運(yùn)行，也可以在不同的處理機(jī)上并行執(zhí)行會(huì)被阻塞或處于等待狀態(tài)不會(huì)處于阻塞或等待狀態(tài)。OperatingSystemConceptionDavidfu總結(jié)程序的并發(fā)進(jìn)程的概念（ProcessConcept）進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程上下文（ProcessContext)進(jìn)程空間（ProcessSpac