進程管理講解

進程管理講解20XXWORK演講人：04-13目錄SCIENCEANDTECHNOLOGY進程管理概述進程狀態(tài)與轉(zhuǎn)換進程調(diào)度策略進程通信與同步機制進程死鎖預防與處理進程管理實踐應用進程管理概述01

進程定義及特點進程定義進程是計算機中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎。進程特點動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、異步性、結(jié)構(gòu)性。動態(tài)性進程是程序的一次執(zhí)行過程，是臨時的、有生命期的，是動態(tài)產(chǎn)生、變化和消亡的。進程定義及特點多個進程實體同時存于內(nèi)存中，且能在一段時間內(nèi)同時運行。進程是一個能獨立運行、獨立獲得資源和獨立接受調(diào)度的基本單位。進程以各自獨立的、不可預知的速度向前推進。每個進程都配置一個PCB，結(jié)構(gòu)上看進程由程序段、數(shù)據(jù)段和PCB組成。并發(fā)性獨立性異步性結(jié)構(gòu)性進程與程序的聯(lián)系進程是程序的一次執(zhí)行過程，程序是進程賴以存在的文本依據(jù)和基礎，進程是程序功能的具體執(zhí)行者。進程與程序的區(qū)別程序是一組有序指令的集合，是靜態(tài)的，不占用系統(tǒng)資源；進程是程序的一次執(zhí)行過程，是動態(tài)的，會占用系統(tǒng)資源。一個程序可以對應多個進程，但一個進程只能對應一個程序。進程與程序關(guān)系進程管理重要性提高系統(tǒng)資源利用率通過對進程的管理，可以更加合理地分配和使用CPU、內(nèi)存等系統(tǒng)資源，避免資源的浪費。提高系統(tǒng)吞吐量通過對進程的管理，可以協(xié)調(diào)各個進程的執(zhí)行順序和執(zhí)行速度，從而提高系統(tǒng)的整體吞吐量。保證系統(tǒng)穩(wěn)定性通過對進程的管理，可以對進程進行監(jiān)控和控制，防止進程出現(xiàn)異?；蝈e誤導致系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失等問題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提供良好的用戶體驗通過對進程的管理，可以優(yōu)化系統(tǒng)的響應速度和執(zhí)行效率，提高用戶的使用體驗。進程狀態(tài)與轉(zhuǎn)換02就緒態(tài)進程已處于準備運行的狀態(tài)，即進程獲得了除處理機外的一切所需資源，一旦得到處理機即可運行。運行態(tài)進程正在處理機上運行。在單處理機環(huán)境下，每一時刻最多只有一個進程處于運行態(tài)。阻塞態(tài)又稱等待態(tài)，進程正在等待某一事件而暫停運行，如等待某資源為可用或等待輸入/輸出完成。終止態(tài)進程正從系統(tǒng)中消失，可能是進程正常結(jié)束或其他原因被中止。新建態(tài)進程正在被創(chuàng)建，尚未轉(zhuǎn)到就緒態(tài)。創(chuàng)建進程通常需要多個步驟，包括分配進程控制塊和其他資源。進程狀態(tài)類型時間片到或CPU被其他高優(yōu)先級的進程搶占。運行態(tài)→就緒態(tài)進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件進程被調(diào)度程序選中，分配到CPU資源。就緒態(tài)→運行態(tài)進程請求的資源得不到滿足，如等待I/O操作。運行態(tài)→阻塞態(tài)系統(tǒng)完成創(chuàng)建進程的所有必要步驟。新建態(tài)→就緒態(tài)進程等待的條件已滿足，如I/O操作完成。阻塞態(tài)→就緒態(tài)進程正常結(jié)束或因為錯誤、異常而被中止。運行態(tài)→終止態(tài)進程控制塊（PCB）中包含了進程的當前狀態(tài)信息，操作系統(tǒng)通過讀取PCB來確定進程的狀態(tài)。存儲進程狀態(tài)操作系統(tǒng)根據(jù)PCB中的信息，如優(yōu)先級、等待時間等，來決定下一個要執(zhí)行的進程。實現(xiàn)進程調(diào)度PCB中包含了進程通信的相關(guān)信息，如消息隊列、信號量等，以實現(xiàn)進程間的同步和通信。實現(xiàn)進程間通信PCB記錄了進程所占用的資源，如內(nèi)存空間、打開的文件等，操作系統(tǒng)通過PCB來管理這些資源。維護進程資源進程控制塊作用進程調(diào)度策略03非搶占式調(diào)度搶占式調(diào)度批處理調(diào)度實時調(diào)度調(diào)度策略分類01020304允許進程運行直到其完成或阻塞，然后再選擇其他進程運行。允許調(diào)度程序在進程運行期間中斷它，將CPU分配給另一個進程。針對批處理系統(tǒng)，旨在最大化系統(tǒng)吞吐量和資源利用率。針對實時系統(tǒng)，確保關(guān)鍵任務在規(guī)定時間內(nèi)完成。按照進程到達的順序進行調(diào)度，簡單易實現(xiàn)，但可能導致短進程等待長進程。先來先服務（FCFS）短進程優(yōu)先（SPF）優(yōu)先級調(diào)度時間片輪轉(zhuǎn)（RR）優(yōu)先選擇運行時間短的進程，可最小化平均等待時間，但需要預估進程運行時間。根據(jù)進程的優(yōu)先級進行調(diào)度，高優(yōu)先級進程優(yōu)先運行，可靈活調(diào)整系統(tǒng)性能。將CPU時間劃分為時間片，每個進程輪流運行一個時間片，實現(xiàn)公平調(diào)度。常見調(diào)度算法介紹系統(tǒng)類型性能需求進程特性公平性調(diào)度策略選擇依據(jù)批處理系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、交互式系統(tǒng)等不同類型的系統(tǒng)需要選擇不同的調(diào)度策略。考慮進程的運行時間、優(yōu)先級、I/O需求等特性來選擇合適的調(diào)度策略。根據(jù)系統(tǒng)對響應時間、吞吐量、資源利用率等性能指標的需求來選擇調(diào)度策略。確保所有進程都能公平地獲得CPU時間，避免饑餓現(xiàn)象的發(fā)生。進程通信與同步機制04套接字通信適用于不同機器間的進程通信，通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)。共享內(nèi)存通信最快的進程間通信方式，不同進程通過映射到同一塊物理內(nèi)存地址進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。消息隊列通信消息的鏈接表，包括消息類型和正文，適用于進程間較少的數(shù)據(jù)通信。管道通信半雙工通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，且只能在具有親緣關(guān)系的進程間使用。信號量通信通過信號量機制實現(xiàn)進程間的同步和互斥，可用于多個進程間的協(xié)調(diào)操作。進程通信方式對多個相關(guān)進程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，使并發(fā)執(zhí)行的諸進程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序能正確執(zhí)行。進程同步概念當多個進程共享資源時，需要保證資源在任意時刻只被一個進程訪問，以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致和錯誤的結(jié)果。進程同步需求進程同步概念及需求通過PV操作實現(xiàn)對共享資源的訪問控制，保證進程間的同步和互斥。信號量機制允許進程在特定條件下被其他進程喚醒，常用于生產(chǎn)者-消費者問題等多進程協(xié)作場景。條件變量機制提供互斥訪問共享資源的手段，當一個進程獲得鎖時，其他進程不能訪問該資源?；コ怄i機制允許多個進程同時讀取共享資源，但只允許一個進程寫入，提高了并發(fā)性能。讀寫鎖機制01030204常見同步機制介紹進程死鎖預防與處理05死鎖是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力干涉，這些進程都將無法向前推進。死鎖概念死鎖的產(chǎn)生必須滿足四個必要條件，即互斥條件、請求與保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件。只有當這四個條件同時滿足時，系統(tǒng)才可能發(fā)生死鎖。產(chǎn)生條件死鎖概念及產(chǎn)生條件破壞互斥條件通過允許進程共享某些資源來破壞互斥條件，但這種方法可能導致資源使用沖突和數(shù)據(jù)不一致問題。破壞不剝奪條件允許操作系統(tǒng)在必要時剝奪已分配給進程的資源。這要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測資源分配情況，并在必要時進行資源回收和重新分配。破壞環(huán)路等待條件對系統(tǒng)中的資源進行排序，要求進程按照順序申請資源。這可以確保系統(tǒng)中不存在環(huán)路等待的情況，從而避免死鎖的發(fā)生。破壞請求與保持條件要求進程在運行前一次性申請所有所需資源，或者在申請新資源前釋放已占有的資源。這可以避免進程在已持有部分資源的情況下等待其他資源，從而降低死鎖風險。死鎖預防策略VS系統(tǒng)可以通過定期檢測資源分配圖和進程等待圖來發(fā)現(xiàn)死鎖。資源分配圖可以顯示系統(tǒng)中資源的分配情況和進程之間的等待關(guān)系，而進程等待圖則可以顯示哪些進程正在等待哪些資源。死鎖解除一旦檢測到死鎖，系統(tǒng)需要采取相應的措施來解除死鎖。常見的解除方法包括終止死鎖進程并重新啟動、剝奪某些資源并分配給其他進程、以及采用回滾策略將系統(tǒng)恢復到之前的狀態(tài)等。在解除死鎖時，需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的完整性，避免造成更大的損失。死鎖檢測死鎖檢測與解除方法進程管理實踐應用06進程調(diào)度01操作系統(tǒng)通過進程調(diào)度算法，如先來先服務（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級調(diào)度等，實現(xiàn)對進程的管理和調(diào)度，確保系統(tǒng)資源得到合理分配和使用。進程控制塊（PCB）02操作系統(tǒng)為每個進程分配一個進程控制塊，用于記錄進程的屬性信息，如進程標識符、進程狀態(tài)、程序計數(shù)器、內(nèi)存指針等，方便操作系統(tǒng)對進程的管理和控制。進程間通信（IPC）03操作系統(tǒng)提供多種進程間通信機制，如管道、消息隊列、共享內(nèi)存等，以實現(xiàn)不同進程之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。操作系統(tǒng)中進程管理實現(xiàn)線程同步多線程編程中，多個線程可能同時訪問共享資源，導致數(shù)據(jù)不一致和程序崩潰等問題。因此，需要使用線程同步機制，如互斥鎖、信號量、條件變量等，確保線程安全地訪問共享資源。線程調(diào)度多線程編程中，線程調(diào)度算法也十分重要。合理的線程調(diào)度算法可以提高程序的執(zhí)行效率和響應速度，避免線程饑餓和優(yōu)先級反轉(zhuǎn)等問題。線程池技術(shù)線程池技術(shù)可以有效地管理和復用線程資源，避免大量線程的創(chuàng)建和銷毀帶來的開銷，提高程序的性能和穩(wěn)定性。多線程編程中線程安全問題虛擬機監(jiān)視器（VMM）虛擬機監(jiān)視器是虛擬化技術(shù)的核心組件，負責管理和分配物理資源給虛擬機使用。VMM需要實現(xiàn)高效的資源調(diào)度算法，確保虛擬機之間的資源隔離和公平分配。資源爭用與解決策略在虛擬化環(huán)境中，多個虛擬機可能同時請