第2章 进程的描述与控制(1)

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1、2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院1第2章 进程的描述与控制2.1 前驱图和程序执行2.2 进程的描述2.3 进程控制2.4 进程同步2.5 经典的进程同步问题2.6 进程通信2.7 线程核心考点：核心考点：1.1.进程的进程的概念概念、进程与程序的、进程与程序的异同异同、进程的组织结构（、进程的组织结构（PCBPCB的结构与功能）；线程的概念的结构与功能）；线程的概念及与进程的及与进程的异同异同2.2.进程的进程的3 3个状态及其转换个状态及其转换；引起转换的典型事件引起转换的典型事件3.3.临界区与临界资源、临界区与临界资源、进程同进程同步与互斥步与互斥的区别的区别4.4.用用信

2、号量信号量保证进程之间的同保证进程之间的同步与互斥步与互斥2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院22.1 前驱图和程序执行2.1.1 前趋图2.1.2 程序的顺序执行及其特征2.1.3 程序的并发执行及其特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院3 前趋图是一个有向无循环图(DAG)，用于描述程序段或进程之间执行的前后关系。 结 点 ： 描述一个程序段或进程，或一条语句。 有 向 边： 结点之间的偏序或前趋关系“” Pi Pj ：Pi 必须在 Pj 开始之前完成 则 Pi是Pj的直接前趋，Pj是Pi的直接后继 初始结点: 没有前趋的结点 终止结点: 没有后继的结点2.1.1 前趋图

3、2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院4或 P=P1， P2， P3， P4， P5， P6， P7， P8， P9 =(P1，P2)，( P1，P3)，( P1，P4)，( P2，P5)，( P3，P5)，( P4，P6)，(P4，P7)，( P5，P8)，( P6，P8)，( P7，P9)，( P8，P9)S3S2S1前趋关系：S2S3， S3S2，不可能满足2.1.1 前趋图注意：前趋图中绝对不能出现循环2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院5P2P6P5P1P4P3P7P8P9前趋关系：P1P2， P1P3， P1P4， P2P5， P3P5， P4P6， P4P7， P5

4、P8， P6P8， P7P9， P8P92.1.1 前趋图2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院61. 程序的顺序执行2.1.2 程序的顺序执行及其特征P2C2 I2P1C1 I1例： 每个程序有三个顺序执行的操作 I：输入操作 C：计算操作 P：输出操作2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院72. 程序顺序执行时的特征(1) 顺序性 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行。(2) 封闭性 程序一旦开始执行，其计算结果不受外界因素的影响。(3) 可再现性 程序执行的结果与它的执行速度无关，而只与初始条件有关。2.1.2 程序的顺序执行及其特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信

5、息学院8 I1 I2 I3 I4C1C3C2P1P2例如: I1、C1、P1的执行必须严格按照I1，C1，P1的顺序，而C1与I2，I3、C2和P1是可以重叠执行的。2.1.3 程序的并发执行及其特征1. 程序的并发执行2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院9S3S2S1S4又如：四个程序段 S1： a:=x+2 S2： b:=y+4 S3： c:=a+b S4： d:=c+bS1、 S2可以并发执行2.1.3 程序的并发执行及其特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院102.1.3 程序的并发执行及其特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院112. 程序并发执行时的特征

6、(1) 间断性 相互制约导致并发程序具有“执行暂停执行”这种间断性的活动规律。(2) 失去封闭性 多道程序共享系统的资源，资源的状态由多道程序来改变，程序运行失去封闭性。(3) 不可再现性 程序在并发执行时，失去封闭性导致其失去可再现性。2.1.3 程序的并发执行及其特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院122.2 进程的描述2.2.1 进程的定义与特征2.2.2 进程的基本状态及转换2.2.3 挂起操作和进程状态的转换2.2.4 进程管理中的数据结构2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院13 1. 进程（ Process ）的定义O进程是程序的一次执行。O进程是一个程序及其数

7、据在处理机上顺序执行时所发生的活动。O进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。2.2.1 进程的定义与特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院14结构性、动态性、并发性、独立性、异步性 结构性 进程控制块(PCB)+程序段+相关的数据段=进程实体(进程映像)。 动态性进程是程序在处理机上的一次执行过程；具有生命期。2. 进程的特征2.2.1 进程的定义与特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院15 并发性多个进程实体同存于内存中，在一 段时间内同时运行，以提高

8、资源利用率。 独立性进程实体是一个能独立运行(独立接受调度)、独立分配资源的基本单位。 异步性进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。2.2.1 进程的定义与特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院163. 进程与程序的区别进程与程序的组成不同：进程包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）进程是动态的，程序是静态的（根本区别）进程可并发执行，而程序则不行进程与程序的对应关系：多种对应关系2.2.1 进程的定义与特征2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院171. 进程的三种基本状态 就绪状态(Ready) 执行状态(Running) 阻塞状态(Blocked) 2.2.2 进

9、程的基本状态及转换2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院18执 行阻 塞就 绪时间片完 I/O请求 进程调度 I/O完成进程的三种基本状态以及各状态之间的转换关系2.2.2 进程的基本状态及转换练习1o 一个进程的基本状态可以从其他两种基本状态转变过去，这个基本状态一定是_o 假定系统进程所请求的一次I/O操作完成后，将使进程从_ 变为 _o 在进程转换的过程中，不能出现的转换是_变为_执行状态就绪状态阻塞状态就绪状态阻塞状态练习2o 在单处理器系统中，如果进程存在10个进程，则处于就绪队列中的进程最多_个，处于阻塞队列中的进程最多_个。9102022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院

10、21(1)引起挂起状态的原因：( 终端用户的请求( 父进程请求( 负荷调节的需要( 操作系统的需要 挂起常被用在进程的对换中，此时挂起进程可以腾出内存空间给就绪进程使用。2.2.3 挂起操作和进程状态的转换1. 挂起状态2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院22n 活动就绪 静止就绪n 活动阻塞 静止阻塞n 执行静止就绪(2) 进程状态的转换请求I/O静止阻塞活动阻塞静止就绪活动就绪执行挂起挂起挂起激活激活唤醒唤醒时间片到CPU调度2.2.3 挂起操作和进程状态的转换2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院232. 创建和终止状态（1）创建状态 创建PCB 转入就绪状态并插入就绪队列

11、中（2）终止状态 等待OS进行善后处理 将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。2.2.3 挂起操作和进程状态的转换2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院241. 进程控制块的作用(1)它是进程管理和控制的最重要的数据结构(2)是进程实体的一个组成部分(3)其中记录了OS所需的、用于描述进程的当前状态以及控制进程的全部信息。(4)其作用是将程序变成可并发执行的进程(5)进程控制块是进程存在的唯一标志。 2.2.4 进程管理中的数据结构Process Control Block (PCB)2022-6-2阜阳师范学院计算机与信息学院252. 进程控制块中的信息o进程标识符信息 惟一地标识系