操作系統(tǒng)原理課件第四章并發(fā)處理1并發(fā)活動(dòng)-進(jìn)程的引入

操作系統(tǒng)原理課件第四章并發(fā)處理1并發(fā)活動(dòng)-進(jìn)程的引入進(jìn)程的概念進(jìn)程的創(chuàng)建與終止進(jìn)程的同步與通信并發(fā)性帶來的問題并發(fā)性問題的解決方法contents目錄進(jìn)程的概念01進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程具有動(dòng)態(tài)性，即進(jìn)程的狀態(tài)可以在運(yùn)行過程中發(fā)生變化。進(jìn)程具有獨(dú)立性，即一個(gè)進(jìn)程出現(xiàn)問題不會(huì)影響其他進(jìn)程的執(zhí)行。進(jìn)程的定義進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程已獲得除CPU之外的其他必要資源，等待分配CPU。進(jìn)程占用CPU，并在執(zhí)行。進(jìn)程因等待某個(gè)條件（如I/O操作）而暫時(shí)無法運(yùn)行。進(jìn)程正常結(jié)束或異常結(jié)束。就緒狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)進(jìn)程映像包括程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源。進(jìn)程切換當(dāng)一個(gè)進(jìn)程釋放CPU時(shí)，操作系統(tǒng)需要保存該進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)并恢復(fù)另一個(gè)就緒進(jìn)程的狀態(tài)，這個(gè)過程稱為進(jìn)程切換。進(jìn)程控制塊PCB用于描述進(jìn)程狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程的描述進(jìn)程的創(chuàng)建與終止02進(jìn)程的創(chuàng)建是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的概念，它描述了如何從無到有地創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程的創(chuàng)建是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的概念，它描述了如何從無到有地創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是一個(gè)程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程的創(chuàng)建通常由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)程創(chuàng)建過程中，需要為新進(jìn)程分配必要的資源，如內(nèi)存空間、文件描述符等，并設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)程控制塊（PCB）來保存新進(jìn)程的上下文信息。進(jìn)程的創(chuàng)建進(jìn)程的終止是操作系統(tǒng)中一個(gè)必要的操作，它描述了如何結(jié)束一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程。進(jìn)程的終止是操作系統(tǒng)中一個(gè)必要的操作，它描述了如何結(jié)束一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程完成其任務(wù)或出現(xiàn)異常時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)接管該進(jìn)程，并執(zhí)行相應(yīng)的終止操作。在進(jìn)程終止過程中，操作系統(tǒng)會(huì)回收該進(jìn)程所占用的資源，如內(nèi)存空間、文件描述符等，并將該進(jìn)程從系統(tǒng)中刪除。同時(shí)，操作系統(tǒng)還會(huì)通知相關(guān)進(jìn)程或用戶該進(jìn)程已經(jīng)終止。進(jìn)程的終止進(jìn)程的回收是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的操作，它描述了如何將已終止的進(jìn)程占用的資源釋放回系統(tǒng)。進(jìn)程的回收是操作系統(tǒng)中一個(gè)重要的操作，它描述了如何將已終止的進(jìn)程占用的資源釋放回系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止后，操作系統(tǒng)會(huì)將其從系統(tǒng)中刪除，但其所占用的資源并不會(huì)立即釋放。為了提高系統(tǒng)資源的利用率，操作系統(tǒng)會(huì)將這些資源進(jìn)行回收，以便其他進(jìn)程可以使用。在進(jìn)程回收過程中，操作系統(tǒng)會(huì)檢查該進(jìn)程所占用的資源，如內(nèi)存空間、文件描述符等，并將其釋放回系統(tǒng)。同時(shí)，操作系統(tǒng)還會(huì)更新相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如PCB等，以反映該進(jìn)程的狀態(tài)變化。進(jìn)程的回收進(jìn)程的同步與通信03

進(jìn)程同步進(jìn)程同步的概念進(jìn)程同步是指多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中，按照一定的順序和規(guī)則，協(xié)同完成一項(xiàng)任務(wù)。進(jìn)程同步的必要性由于并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)，多個(gè)進(jìn)程之間可能存在資源競(jìng)爭(zhēng)和相互依賴的情況，因此需要進(jìn)程同步來協(xié)調(diào)它們的執(zhí)行。進(jìn)程同步的方法包括信號(hào)量、互斥量、條件變量等機(jī)制，用于控制進(jìn)程的執(zhí)行順序和資源訪問。進(jìn)程通信是指多個(gè)進(jìn)程之間傳遞消息和數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)信息交換和共享。進(jìn)程通信的概念包括管道、消息隊(duì)列、信號(hào)、共享內(nèi)存等機(jī)制，這些機(jī)制提供了不同形式的通信方式，以滿足不同場(chǎng)景的需求。進(jìn)程通信的方式進(jìn)程之間需要進(jìn)行信息交換和協(xié)作，以完成復(fù)雜的任務(wù)和功能，進(jìn)程通信是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。進(jìn)程通信的必要性進(jìn)程通信信號(hào)量的概念信號(hào)量是一種用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和通信的計(jì)數(shù)器，它可以用來控制對(duì)共享資源的訪問和協(xié)調(diào)進(jìn)程的執(zhí)行順序。信號(hào)量的操作信號(hào)量具有兩個(gè)基本的操作，P操作（通常稱為“wait”或“down”操作）和V操作（通常稱為“signal”或“up”操作）。P操作會(huì)減少信號(hào)量的值，V操作會(huì)增加信號(hào)量的值。信號(hào)量的應(yīng)用信號(hào)量可以用于實(shí)現(xiàn)多種同步和通信機(jī)制，如實(shí)現(xiàn)互斥鎖、實(shí)現(xiàn)條件變量、實(shí)現(xiàn)讀寫鎖等。信號(hào)量機(jī)制并發(fā)性帶來的問題04死鎖產(chǎn)生條件互斥、占有并等待、非搶占、環(huán)路等待。死鎖定義在并發(fā)系統(tǒng)中，如果一組進(jìn)程中的每個(gè)進(jìn)程都在等待某個(gè)事件發(fā)生，而這個(gè)事件又只能由該組中的其他進(jìn)程產(chǎn)生，這種狀態(tài)稱為死鎖。死鎖預(yù)防策略避免死鎖的策略包括設(shè)置資源分配圖、銀行家算法、避免死鎖的算法等。死鎖問題03饑餓解決方法可以采用公平調(diào)度策略，如輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，來減少饑餓發(fā)生的可能性。01饑餓定義在并發(fā)系統(tǒng)中，如果一個(gè)進(jìn)程由于其他進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高于它而長(zhǎng)時(shí)間得不到服務(wù)，則稱該進(jìn)程發(fā)生了饑餓。02饑餓產(chǎn)生原因優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可能導(dǎo)致饑餓，因?yàn)楦邇?yōu)先級(jí)的進(jìn)程可能會(huì)不斷搶占低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的資源。饑餓問題在并發(fā)系統(tǒng)中，根據(jù)進(jìn)程的性質(zhì)或緊迫程度，賦予它們不同的優(yōu)先級(jí)，以便在資源有限的情況下，優(yōu)先滿足重要或緊急的進(jìn)程。優(yōu)先級(jí)定義優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法是一種常見的調(diào)度算法，根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得服務(wù)。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)的設(shè)置應(yīng)考慮進(jìn)程的性質(zhì)、緊迫程度、資源需求等因素，同時(shí)要避免產(chǎn)生饑餓和死鎖等問題。優(yōu)先級(jí)設(shè)置原則優(yōu)先級(jí)問題并發(fā)性問題的解決方法05死鎖預(yù)防是解決并發(fā)性問題的主要方法之一。它通過一系列的策略和機(jī)制來避免系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)。資源分級(jí)是另一種有效的死鎖預(yù)防方法，它通過將資源按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，并要求進(jìn)程按照優(yōu)先級(jí)順序請(qǐng)求資源來避免死鎖。銀行家算法是一種經(jīng)典的死鎖預(yù)防算法，它通過確保系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)來避免死鎖。還有一個(gè)重要的策略是超前分配，即預(yù)先為進(jìn)程分配所有需要的資源，以避免在運(yùn)行時(shí)發(fā)生爭(zhēng)用和死鎖。死鎖預(yù)防饑餓是指一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程無限期地等待某個(gè)資源，導(dǎo)致它們無法完成執(zhí)行。另一個(gè)方法是限制進(jìn)程對(duì)資源的最大需求，以減少發(fā)生爭(zhēng)用的可能性。饑餓避免為了避免饑餓，可以采用公平調(diào)度策略，如循環(huán)調(diào)度、最短作業(yè)優(yōu)先等，以確保每個(gè)進(jìn)程都能獲得足夠的資源。還有一個(gè)方法是引入虛擬時(shí)間或邏輯時(shí)鐘的概念，以便更好地管理并發(fā)活動(dòng)和資源分配。優(yōu)先級(jí)管理01優(yōu)先級(jí)管理是解決并發(fā)問題的一種常見方法，它通過為進(jìn)程分配不同的優(yōu)先級(jí)來決定它們的執(zhí)行順序。02高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程可以優(yōu)先獲得處理