操作系统原理课件.ppt

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1、第三章 进 程 管 理 1第三章第三章 进程管理进程管理 3.1 3.1 进程概述进程概述 3.2 3.2 进程控制块进程控制块 3.3 3.3 调度调度 3.4 UNIX3.4 UNIX系统的进程调度系统的进程调度 3.5 3.5 进程控制进程控制 3.6 3.6 进程的创建和图像改换进程的创建和图像改换 3.7 3.7 线程线程 3.8 Linux3.8 Linux进程管理进程管理第三章 进 程 管 理 23.1 3.1 进程概述进程概述 u程序的执行有两种方式：程序的执行有两种方式：顺序执行顺序执行和和并发执行并发执行。 顺序执行顺序执行是是单道单道批处理系统的执行方式，也批处理系统的执

2、行方式，也用于用于简单的单片机简单的单片机系统；系统； 现在的操作系统多为现在的操作系统多为并发执行并发执行，具有许多新，具有许多新的特征。引入并发执行的目的是为了提高的特征。引入并发执行的目的是为了提高资资源利用率源利用率。第三章 进 程 管 理 31.1.程序程序：是一个在时间上严格有序的指令集合。：是一个在时间上严格有序的指令集合。2.2.程序规定了完成某一任务时，计算机所需做程序规定了完成某一任务时，计算机所需做的各种操作，以及这些操作的执行时间。的各种操作，以及这些操作的执行时间。3.3.程序的顺序执行：具有独立功能的程序程序的顺序执行：具有独立功能的程序独占独占CPUCPU直至得到

3、最终结果的过程。直至得到最终结果的过程。程序程序第三章 进 程 管 理 4程序顺序执行时的特征程序顺序执行时的特征 （1 1）顺序性）顺序性：（执行的顺序性）由于内存中每：（执行的顺序性）由于内存中每次只有一道程序，因此各个程序是按次序执次只有一道程序，因此各个程序是按次序执行的，即执行完一个以后，再执行下一个。行的，即执行完一个以后，再执行下一个。（2 2）封闭性）封闭性：独占全部资源，计算机的状态只：独占全部资源，计算机的状态只由于该程序的控制逻辑所决定由于该程序的控制逻辑所决定（3 3）可再现性）可再现性：结果的再现性，初始条件相同：结果的再现性，初始条件相同则结果相同。则结果相同。第三

4、章 进 程 管 理 5程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征 1. 程序的并发执行程序的并发执行 P1P2P3P4I1I2I3I4C1C2C3C4第三章 进 程 管 理 6程序并发执行时的特征程序并发执行时的特征 间断间断(异步异步)性性：执行的顺序性被打破，：执行的顺序性被打破，“走走停停走走停停”，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系；一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系； 失去封闭性失去封闭性：资源的独占性被打破，共享资源，受其：资源的独占性被打破，共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。如：一个程序写到存储器中他程序的控制逻辑的影响。如：一个程序写到存储器中的数

5、据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征。的数据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征。 失去可再现性失去可再现性：失去封闭性：失去封闭性 失去可再现性；外界失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重复特征。复特征。第三章 进 程 管 理 7不加控制的并发执行所带来的影响不加控制的并发执行所带来的影响u例：为了了解某单行道的交通流量，在路口安放一个监视器，例：为了了解某单行道的交通流量，在路口安放一个监视器，功能是有车通过该路段时，就向计算机发送一个信号。程序功能是有车通过该路段时，就向计算机发送一个信号。程序A功能：

6、接收到监视器信号时，就在计数单元功能：接收到监视器信号时，就在计数单元COUNT上加上加1；程序程序B功能：每个半个小时，打印功能：每个半个小时，打印COUNT的值，然后清零。的值，然后清零。程序程序A：While(1)A1:收到监视器信号；收到监视器信号；A2:COUNT=COUNT+1;程序程序B：While(1)B1:延迟半小时；延迟半小时；B2:打印打印COUNT的值的值;B3:COUNT=0;A1A2B1B2A1A2B3第三章 进 程 管 理 83.1.1 进程的概念进程的概念 程序本身完全是个静态的概念（程序是完成某程序本身完全是个静态的概念（程序是完成某个功能的指令的集合），而系

7、统及其中的各个程序个功能的指令的集合），而系统及其中的各个程序实际上是处于不断变化的状态，程序的概念反映不实际上是处于不断变化的状态，程序的概念反映不了这种动态性；其次，程序概念也反映不了系统中了这种动态性；其次，程序概念也反映不了系统中的并行特性。的并行特性。 综上所述，静态的程序概念已不敷使用，需要综上所述，静态的程序概念已不敷使用，需要引用一个新的概念引用一个新的概念“进程进程”。第三章 进 程 管 理 9进程的概念进程的概念u进程是进程是程序程序处于一个执行环境中在一个数据集处于一个执行环境中在一个数据集上的上的运行过程运行过程，它是系统进行，它是系统进行资源分配和调度资源分配和调度的

8、一个的一个可并发执行可并发执行的独立单位。的独立单位。第三章 进 程 管 理 10进程的特征进程的特征u（1）动态性）动态性 进程的实质是程序的一次执行过程，因进程的实质是程序的一次执行过程，因此，动态性是进程的最基本特征。动态性还表现为：此，动态性是进程的最基本特征。动态性还表现为：“它由创建而产生，由它由创建而产生，由调度调度而执行，由撤消而消而执行，由撤消而消亡亡”。可见，进程有一定的生命期，而程序只是一组。可见，进程有一定的生命期，而程序只是一组有序指令的集合，并存放于某种介质上，本身并无运有序指令的集合，并存放于某种介质上，本身并无运动的含义，因此是静态的。动的含义，因此是静态的。u

9、（2）并发性）并发性 这是指多个进程能在一段时间内同时运这是指多个进程能在一段时间内同时运行，并发性是进程的重要特征。引入进程的目的也正行，并发性是进程的重要特征。引入进程的目的也正是为了使其程序能和其他进程的程序并发执行，而程是为了使其程序能和其他进程的程序并发执行，而程序（没有建立进程）是不能并发执行的（由于程序不序（没有建立进程）是不能并发执行的（由于程序不反映执行过程）。反映执行过程）。第三章 进 程 管 理 11进程的特征进程的特征u（3）独立性）独立性 这是指进程是一个能独立运行、独立分配资这是指进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立调度的基本单位，凡未建立进程的程序，都不能源和

10、独立调度的基本单位，凡未建立进程的程序，都不能作为一个独立的单位参加运行。只有进程有资格向系统提作为一个独立的单位参加运行。只有进程有资格向系统提出申请资源并获得系统提供的服务。出申请资源并获得系统提供的服务。u（4）异步性）异步性 这是指进程按各自独立的、不可预知的速度这是指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，或说进程按异步方式运行。向前推进，或说进程按异步方式运行。u（5）结构性）结构性 为使进程能独立运行，应为之配置一个称为为使进程能独立运行，应为之配置一个称为“进程控制块进程控制块”的数据结构，简称的数据结构，简称PCB。第三章 进 程 管 理 12进程和程序的联系与区别：进程和

11、程序的联系与区别：u（1）联系。）联系。 程序是构成进程的组成部分之一，一个进程的程序是构成进程的组成部分之一，一个进程的运行目标是执行它所对应的程序，如果没有程运行目标是执行它所对应的程序，如果没有程序，进程就失去了其实际存在的意义。序，进程就失去了其实际存在的意义。第三章 进 程 管 理 13进程和程序的联系与区别：进程和程序的联系与区别：u（2）区别。）区别。 进程是程序的一次动态执行活动，而程序是进进程是程序的一次动态执行活动，而程序是进程运行的静态描述文本。程运行的静态描述文本。 一个进程可以执行一个或多个程序，反之，同一个进程可以执行一个或多个程序，反之，同一程序也可被多个进程同时

12、执行。一程序也可被多个进程同时执行。 程序是一种软件资源，它可以长期保存，而进程序是一种软件资源，它可以长期保存，而进程是一次执行过程，它是暂时存在的、动态地程是一次执行过程，它是暂时存在的、动态地产生和中止的。产生和中止的。第三章 进 程 管 理 14特权指令、管态、目态特权指令、管态、目态特权指令：只能由操作系统使用的指令。特权指令：只能由操作系统使用的指令。非特权指令：大家（用户和操作系统）都能使用的指非特权指令：大家（用户和操作系统）都能使用的指令。令。用户执行状态，用户执行状态，又称又称用户态，目态（目标程序态）用户态，目态（目标程序态），进程的用户程序段执行时，该程序处于用户态。用

13、户进程的用户程序段执行时，该程序处于用户态。用户态时不可直接访问受保护的态时不可直接访问受保护的OSOS代码；代码；系统执行状态系统执行状态，又称，又称系统态，核心态，管态（管理程系统态，核心态，管态（管理程序态），序态），进程的系统程序执行时，该进程处于系统态。进程的系统程序执行时，该进程处于系统态。核心态时可以执行核心态时可以执行OSOS代码，可以访问全部进程空间。代码，可以访问全部进程空间。第三章 进 程 管 理 153.1.2 进程的组成进程的组成 u进程是在一个上下文的执行环境中执行的，这个进程是在一个上下文的执行环境中执行的，这个执行环境称为进程的映像，或称图像。执行环境称为进程的

14、映像，或称图像。u它包括处理机中各通用寄存器的值、进程的内存它包括处理机中各通用寄存器的值、进程的内存映像、打开文件的状态和进程占用资源的信息等映像、打开文件的状态和进程占用资源的信息等很多部分。很多部分。u进程映像的关键部分是存储器映像。进程映像的关键部分是存储器映像。u进程存储器映像由以下几部分组成：进程存储器映像由以下几部分组成：进程控制块进程控制块、进程执行的程序进程执行的程序（code）、）、进程执行时所用的数进程执行时所用的数据据、进程执行时使用的工作区进程执行时使用的工作区第三章 进 程 管 理 16进程的组成进程的组成第三章 进 程 管 理 171.进程控制块进程控制块u进程控

15、制块进程控制块PCB（ProcessControlBlock）是系统）是系统用于用于查询和控制进程运行查询和控制进程运行的档案，它描述进程的的档案，它描述进程的特征，记载进程的历史，决定进程的命运。特征，记载进程的历史，决定进程的命运。u由于由于PCB较大，一些系统将其分割成两部分：一较大，一些系统将其分割成两部分：一部分是部分是进程基本控制块进程基本控制块，这部分记录不管进程是，这部分记录不管进程是否在执行，操作系统都需要访问的进程控制信息，否在执行，操作系统都需要访问的进程控制信息，因此，因此，进程基本控制块要常驻内存进程基本控制块要常驻内存；u另一部分是另一部分是进程扩充控制块进程扩充控

16、制块，当进程不处于执行，当进程不处于执行状态时，操作系统就不会访问这部分信息，扩充状态时，操作系统就不会访问这部分信息，扩充控制块能对换到盘交换区中。控制块能对换到盘交换区中。第三章 进 程 管 理 182.共享正文段共享正文段u用高级语言编写的程序一般是可重入的用高级语言编写的程序一般是可重入的“纯代纯代码码”，也即是它可以被多个进程并发地执行的。，也即是它可以被多个进程并发地执行的。u共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改的常数。的常数。u用户用用户用C语言所编的程序经编译后产生的代码也语言所编的程序经编译后产生的代码也是作为共享正文段装入内存的是作为共享正文段装入内存的第三章 进 程 管 理 193.数据区数据区u进程执行时用到的数据，如进程执行时用到的数据，如C程序中的外部变量程序中的外部变量和静态变量；和静态变量；u如进程执行的程序为非共享程序（如用汇编语言如进程执行的程序为非共享程序（如用汇编语言编写，可以在执行时修改执行的代码和其中夹带编写，可以在执行时修改执行的代码和其中夹带的数据），则也可构成数据区的一部分。的数据），则也