第四章并發(fā)處理第四章并發(fā)處理4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入操作系統(tǒng)的特性之一是并發(fā)與共享，即在系統(tǒng)中（內(nèi)存）同時(shí)存在幾個(gè)相互獨(dú)立的程序，這些程序在系統(tǒng)中既交叉地運(yùn)行，又要共享系統(tǒng)中的資源，這就會(huì)引起一系列的問(wèn)題，包括：對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)、運(yùn)行程序之間的通信、程序之間的合作與協(xié)同等。

要解決這些問(wèn)題，用程序的概念已經(jīng)不能描述程序在內(nèi)存中運(yùn)行的狀態(tài)，必須引入新的概念－－進(jìn)程。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.1程序的順序執(zhí)行一、概念一個(gè)程序由若干個(gè)程序段組成，而這些程序段的執(zhí)行必須是順序的，這種程序執(zhí)行的方式就稱為程序的順序執(zhí)行。例如：I1C1P1I2C2P2作業(yè)1作業(yè)24.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.1程序的順序執(zhí)行

二、程序順序執(zhí)行的特點(diǎn)1.順序性處理機(jī)嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每個(gè)操作必須在下一個(gè)操作開始之前結(jié)束。2.封閉性程序一旦開始執(zhí)行，其計(jì)算結(jié)果不受外界的影響，當(dāng)程序的初始條件給定之后，其后的狀態(tài)只能由程序本身確定，即只有本程序才能改變它。3.可再現(xiàn)性程序執(zhí)行的結(jié)果與初始條件有關(guān)，而與執(zhí)行時(shí)間無(wú)關(guān)。即只要程序的初始條件相同，它的執(zhí)行結(jié)果是相同的，不論它在什么時(shí)間執(zhí)行，也不管計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行例：在系統(tǒng)中有n個(gè)作業(yè)，每個(gè)作業(yè)都有三個(gè)處理步驟，輸入數(shù)據(jù)、處理、輸出，即Ii,Ci,Pi(i=1,2,3,...,n)。這些作業(yè)在系統(tǒng)中執(zhí)行時(shí)是對(duì)時(shí)間的偏序，有些操作必須在其它操作之前執(zhí)行，這是有序的，但有些操作是可以同時(shí)執(zhí)行的。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行例如:I1、C1、P1的執(zhí)行必須嚴(yán)格按照I1，C1，P1的順序，而P1與C2，C1與I2,I3與P1是可以同時(shí)執(zhí)行的。I1I2C1I3C2I4C3P1P24.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行程序并發(fā)執(zhí)行（定義）

若干個(gè)程序段同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行，這些程序的執(zhí)行在時(shí)間上是重迭的，一個(gè)程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個(gè)程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始，即使這種重迭是很小的，也稱這幾個(gè)程序段是并發(fā)執(zhí)行的。PQR并發(fā)執(zhí)行區(qū)4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行程序并發(fā)執(zhí)行的描述

cobeginS1;S2;S3;...;SNcoend;Si(i=1,2,3,...,n)表示n個(gè)語(yǔ)句（程序段），這n個(gè)語(yǔ)句用cobegin和coend括起來(lái)表示這n個(gè)語(yǔ)句是可以并發(fā)執(zhí)行的。co是concurrent的頭兩個(gè)字符。這是Dijkstra提出的。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行假設(shè)有一個(gè)程序有S0～Sn+1個(gè)語(yǔ)句，其中S1～Sn語(yǔ)句是并發(fā)執(zhí)行的，程序如下：

S0;cobeginS1;S2;S3;...;SNcoend;Sn+1;S0Sn+1S1S2S3Sn……4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)行－－謄抄

一、一個(gè)循環(huán)程序順序執(zhí)行的謄抄算法1：輸入：f輸出：g{while(f不為空）

{input;output;}}由這個(gè)程序完成謄抄工作是不會(huì)出錯(cuò)的。但是效率不高！4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)行－－謄抄

二、兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行完成謄抄

設(shè)有一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（鍵盤），和一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（顯示器或打印機(jī)），輸入程序負(fù)責(zé)從標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中讀取一個(gè)字符，送緩沖區(qū)中。輸出程序從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，送標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸出標(biāo)準(zhǔn)輸入（鍵盤）緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)輸出（打印機(jī)）fg輸入程序輸出程序4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)行－－謄抄

二、兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行完成謄抄算法：2{cobeginwhile(不為結(jié)束符）/*輸入程序段*/{input;/*從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備讀入一個(gè)數(shù)據(jù)*/send;/*將讀入的數(shù)據(jù)送到buffer*/}while(buffer不為空）/*輸出程序段*/{receive;/*從buffer中取數(shù)據(jù)*/output;/*送打印機(jī)輸出*/}coend}4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)－－謄抄

二、兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行完成謄抄這兩個(gè)程序段并發(fā)執(zhí)行時(shí)可能出現(xiàn)如下情況：1、輸出程序運(yùn)行的速度比輸入程序快時(shí)，有些輸出會(huì)重復(fù)；如輸入送入了一個(gè)字符“A”，輸出取出打印“A”，當(dāng)輸入還未送入新的數(shù)據(jù)，輸出程序已執(zhí)行，又取出“A”打印，這樣“A”的輸出就重復(fù)了，出錯(cuò)。標(biāo)準(zhǔn)輸入（鍵盤）緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)輸出（打印機(jī)）fg輸入程序輸出程序AA二、兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行完成謄抄2、輸入程序執(zhí)行的速度比輸出程序快時(shí)，有些數(shù)據(jù)會(huì)丟失；如輸入程序送入一個(gè)字符“B”，緊接著（當(dāng)輸出程序還未取走字符“B”）又送入字符“N”，這時(shí)輸出程序取走的是“N”，“B”就丟失了。標(biāo)準(zhǔn)輸入（鍵盤）緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)輸出（打印機(jī)）fg輸入程序輸出程序BN4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)－－謄抄

三、三個(gè)并發(fā)執(zhí)行程序的謄抄get程序負(fù)責(zé)從輸入序列f中讀取字符并送到緩沖區(qū)s中;copy程序把緩沖區(qū)s中的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)t中去;put程序從緩沖區(qū)t中取出數(shù)據(jù)打印。標(biāo)準(zhǔn)輸入（鍵盤）緩沖區(qū)s標(biāo)準(zhǔn)輸出（打印機(jī)）fggetcopy緩沖區(qū)tput4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.3并發(fā)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)－－謄抄

三、三個(gè)并發(fā)執(zhí)行程序的謄抄算法3輸入：f輸出：g{if（f不為空）

{get（s，f）；

while（謄抄未完成）

{t=s；

cobeginput（t，g）；

get（s，f）；

coend}}}假設(shè)有兩個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)只存放一個(gè)字符，get程序負(fù)責(zé)從輸入序列f中讀一個(gè)字符，然后，送到緩沖區(qū)s中，copy程序負(fù)責(zé)將s中的字符復(fù)制到t中，put負(fù)責(zé)從t中提取字符打印。這個(gè)算法是正確的。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.4與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤假定f系列中有記錄

f=(R1,R2,...,Rn)g=()在謄抄完成后：

f=()g=(R1,R2,...,Rn)算法中的：copy≡t=sput≡put(t,g)get≡get(s,f)4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.4與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤若程序錯(cuò)寫成：while(謄抄未完成）{cobegincopy;put;get;coend}初始狀態(tài)：

f=(R1,R2,...,Rn)s=()t=()g=()首先執(zhí)行了get(s,f)f=(R1,R2,...,Rn)s=R1,t=(),g=()4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.4與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤然后，copy,put,get三個(gè)程序段并發(fā)執(zhí)行，就有六種組合：1、copy;put;get導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R2)2、copy;get;put導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R2)3、put;copy;get導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R1)4、put;get;copy導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R1)5、get;copy;put導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R3)6、get;put;copy導(dǎo)致結(jié)果：g=(R1,R1)這就是與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.5程序并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)一、失去了程序的封閉性

如果程序執(zhí)行的結(jié)果是一個(gè)與時(shí)間無(wú)關(guān)的函數(shù)，即具有封閉性。若一個(gè)程序的執(zhí)行可改變另一個(gè)程序的變量，像兩個(gè)并發(fā)程序完成謄抄的例子，程序執(zhí)行的結(jié)果不僅依賴于程序的初始條件，還依賴于程序執(zhí)行時(shí)的相對(duì)速度，在這種情況下就失去了程序的封閉性。教材P65介紹了兩個(gè)并發(fā)程序共享變量的例子4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.5程序并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)二、程序與計(jì)算不再一一對(duì)應(yīng)在程序順序執(zhí)行時(shí)，一個(gè)程序總是對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的計(jì)算，但在程序的并發(fā)執(zhí)行時(shí)，可能有多用戶共享使用同一個(gè)程序，但處理（計(jì)算）的對(duì)象卻是不同的，例如，在多用戶環(huán)境下，可能同時(shí)有多個(gè)用戶調(diào)用C語(yǔ)言的編譯程序，這就是典型的一個(gè)程序?qū)?yīng)多個(gè)用戶源程序的情況。4.1并發(fā)活動(dòng)－－進(jìn)程的引入

4.1.5程序并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)三、程序并發(fā)執(zhí)行的相互制約在多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，程序是并發(fā)執(zhí)行的。即系統(tǒng)中有多道程序在“同時(shí)”執(zhí)行，這些程序之間要共享系統(tǒng)的資源，程序之間有合作（通信）的關(guān)系。合作與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生一系列的矛盾，這些矛盾實(shí)際上是一種相互制約，有直接的，也有間接。

回頭來(lái)，我們?cè)倏纯床僮飨到y(tǒng)的第三個(gè)特性：不確定性*4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.1進(jìn)程的定義

在多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，為了描述程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的執(zhí)行情況，必須引入新的概念－－進(jìn)程。進(jìn)程的概念來(lái)自于麻省理工的MULTICS、IBM的TSS/360，在IBM的OS/360/370系統(tǒng)中也曾叫過(guò)任務(wù)（task)。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.1進(jìn)程的定義

進(jìn)程的定義（枚舉法）行為的一個(gè)規(guī)則叫做程序，程序在處理機(jī)上執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)稱為進(jìn)程（Dijkstra)進(jìn)程是這樣的計(jì)算部分，它是可以和其它計(jì)算并行的一個(gè)計(jì)算。(Donovan)進(jìn)程（有時(shí)稱為任務(wù)）是一個(gè)程序與其數(shù)據(jù)一道通過(guò)處理機(jī)的執(zhí)行所發(fā)生的活動(dòng)。（Alan.C.Shaw)進(jìn)程是執(zhí)行中的程序。（KenThompsonandDennisRitchie)教材上給出的進(jìn)程的定義：進(jìn)程，即是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.1進(jìn)程的定義

進(jìn)程與程序的區(qū)別與聯(lián)系：1、程序是指令的集合，是靜態(tài)的概念。進(jìn)程是程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行的過(guò)程，是動(dòng)態(tài)的概念。程序可以作為軟件資料長(zhǎng)期保存。進(jìn)程是有生命周期的。2、進(jìn)程是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行單位，能與其它進(jìn)程并行（并發(fā)）活動(dòng)。而程序則不是。3、進(jìn)程是競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限資源的基本單位，也是進(jìn)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。4、一個(gè)程序可以作為多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行程序，一個(gè)進(jìn)程也可以運(yùn)行多個(gè)程序。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.1進(jìn)程的定義

進(jìn)程與程序的區(qū)別與聯(lián)系：例子：光盤（CD、VCD）光盤（程序）放光盤的活動(dòng)（進(jìn)程）4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.2進(jìn)程的類型在系統(tǒng)中同時(shí)有多個(gè)進(jìn)程存在，但歸納起來(lái)有兩大類：1、系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程起著資源管理和控制的作用。

或者：執(zhí)行操作系統(tǒng)核心代碼的進(jìn)程。2、用戶進(jìn)程執(zhí)行用戶程序的進(jìn)程。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.2進(jìn)程的類型系統(tǒng)進(jìn)程與用戶進(jìn)程的區(qū)別：1、系統(tǒng)進(jìn)程被分配一個(gè)初始的資源集合，這些資源可以為它獨(dú)占，也能以最高優(yōu)先權(quán)的資格使用。用戶進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求的手段競(jìng)爭(zhēng)使用系統(tǒng)資源；2、用戶進(jìn)程不能直接做I/O操作，而系統(tǒng)進(jìn)程可以做顯示的、直接的I/O操作。3、系統(tǒng)進(jìn)程在管態(tài)下活動(dòng)，而用戶進(jìn)程則在用戶態(tài)（目態(tài)）下活動(dòng)。另一種分類：計(jì)算進(jìn)程，I/O進(jìn)程等注意：在UNIX系統(tǒng)中沒(méi)有這樣對(duì)進(jìn)程進(jìn)行分類。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)一、進(jìn)程的基本狀態(tài)進(jìn)程在系統(tǒng)中的活動(dòng)規(guī)律是：執(zhí)行暫停執(zhí)行進(jìn)程的三種基本狀態(tài)：

運(yùn)行狀態(tài)就緒狀態(tài)

等待狀態(tài)（又稱阻塞、掛起、睡眠）4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)

一、進(jìn)程的基本狀態(tài)1、就緒狀態(tài)（Ready)

存在于處理機(jī)調(diào)度隊(duì)列中的那些進(jìn)程，它們已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，一旦得到CPU，就立即可以運(yùn)行，這些進(jìn)程所取的狀態(tài)為就緒狀態(tài)。（有多個(gè)進(jìn)程處于此狀態(tài)）2、運(yùn)行狀態(tài)(Running）

當(dāng)進(jìn)程由調(diào)度/分派程序分派后，得到CPU控制權(quán)，它的程序正在運(yùn)行，該進(jìn)程所處的狀態(tài)為運(yùn)行狀態(tài)。（在系統(tǒng)中，總只有一個(gè)進(jìn)程處于此狀態(tài)）3、等待狀態(tài)（Wait)

若一個(gè)進(jìn)程正在等待某個(gè)事件的發(fā)生（如等待I/O的完成），而暫停執(zhí)行，這時(shí)，即使給它CPU時(shí)間，它也無(wú)法執(zhí)行，則稱該進(jìn)程處于等待狀態(tài)。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)

二、進(jìn)程狀態(tài)變遷圖進(jìn)程的狀態(tài)不是固定不變的，而是在不斷變換。就緒運(yùn)行等待調(diào)度分派時(shí)間片到等待事件發(fā)生新建進(jìn)程事件已發(fā)生4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)

二、進(jìn)程狀態(tài)變遷圖運(yùn)行

等待等待某事件的發(fā)生（如等待I/O完成）等待就緒事件已經(jīng)發(fā)生（如I/O完成）運(yùn)行就緒時(shí)間片到（例如，兩節(jié)課時(shí)間到，下課）新建進(jìn)程就緒新創(chuàng)建的進(jìn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)就緒運(yùn)行當(dāng)處理機(jī)空閉時(shí)，由調(diào)度（分派）程序從就緒進(jìn)程隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程占用CPU。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)三、作業(yè)、作業(yè)狀態(tài)及轉(zhuǎn)移在批處理系統(tǒng)中一個(gè)用戶程序的執(zhí)行的全過(guò)程稱為一個(gè)作業(yè)，當(dāng)作業(yè)提交給計(jì)算中心（或機(jī)房）后，由機(jī)房工作人員錄入到存儲(chǔ)設(shè)備上（如磁帶、磁盤等），然后，由作業(yè)調(diào)度程序按某種調(diào)度策略將作業(yè)調(diào)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行，執(zhí)行完成后，由作業(yè)調(diào)度程序做作業(yè)的善后處理工作，至此一個(gè)作業(yè)完成。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)

三、作業(yè)、作業(yè)狀態(tài)及轉(zhuǎn)移我們把上述對(duì)作業(yè)的操作歸納成四種狀態(tài)：1、提交狀態(tài)用戶將自己的程序和數(shù)據(jù)放在輸入設(shè)備上，等待；2、后備狀態(tài)

系統(tǒng)響應(yīng)用戶的要求，將作業(yè)帶領(lǐng)到直接存取的后援存儲(chǔ)器中，等待調(diào)度；3、執(zhí)行狀態(tài)

從作業(yè)計(jì)算開始，到計(jì)算完成為止，該作業(yè)處于執(zhí)行狀態(tài)。4、完成狀態(tài)

從作業(yè)計(jì)算完成開始，到善后處理完畢退出系統(tǒng)為止，稱為作業(yè)完成狀態(tài)。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.3進(jìn)程的狀態(tài)

三、作業(yè)、作業(yè)狀態(tài)及轉(zhuǎn)移4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述在系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程存在：

進(jìn)程控制塊（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）

進(jìn)程的執(zhí)行程序（一個(gè)可執(zhí)行文件）進(jìn)程總是位于某個(gè)隊(duì)列(就緒、等待某事件隊(duì)列)

處于某種狀態(tài)（運(yùn)行、就緒、等待）占用某些系統(tǒng)資源（內(nèi)存，打開某些文件、處理機(jī)、外設(shè)）4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述進(jìn)程控制塊

PCB(ProcessControlBlock)

存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊。它是進(jìn)程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)建時(shí)，建立PCB，并伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過(guò)程，直到進(jìn)程撤銷而撤銷。PCB就像我們的戶口。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述

進(jìn)程控制塊PCB

1、進(jìn)程標(biāo)識(shí)符name

每個(gè)進(jìn)程都必須有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，可以是字符串，也可以是一個(gè)數(shù)字。UNIX系統(tǒng)中就是一個(gè)整型數(shù)。在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)由系統(tǒng)賦予。

2、進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)status

說(shuō)明進(jìn)程當(dāng)前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將相同的狀態(tài)的進(jìn)程組成一個(gè)隊(duì)列，如就緒進(jìn)程隊(duì)列，等待進(jìn)程則要根據(jù)等待的事件組成多個(gè)等待隊(duì)列，如等待打印機(jī)隊(duì)列、等待磁盤I/O完成隊(duì)列等等。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述

進(jìn)程控制塊PCB3、當(dāng)前隊(duì)列指針next登記與本進(jìn)程處于同一隊(duì)列的下一個(gè)進(jìn)程的PCB的地址。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述

進(jìn)程控制塊PCB4、總鏈指針all-q-next5、執(zhí)行程序開始地址start-addr6、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)priority

進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)反映進(jìn)程的緊迫程序，通常由用戶指定和系統(tǒng)設(shè)置。UNIX系統(tǒng)采用用戶設(shè)置和系統(tǒng)計(jì)算相結(jié)合的方式確定進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述

進(jìn)程控制塊PCB7、CPU現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)cpustatus

當(dāng)進(jìn)程因某種原因不能繼續(xù)占用CPU時(shí)（等待打印機(jī)），釋放CPU，這時(shí)就要將CPU的各種狀態(tài)信息保護(hù)起來(lái)，為將來(lái)再次得到處理機(jī)恢復(fù)CPU的各種狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行。例如，我們下課，這時(shí)我要記住這次講到什么地方，下次課接著講。8、通信信息communicationinformation

是指某個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行的過(guò)程中要與其它進(jìn)程進(jìn)行通信，該區(qū)記錄有關(guān)進(jìn)程通信方面的信息。4.2進(jìn)程概念(process)

4.2.4進(jìn)程描述

進(jìn)程控制塊PCB9、家族聯(lián)系processfamily

有的系統(tǒng)允許一個(gè)進(jìn)程可創(chuàng)建自已的子進(jìn)程，子進(jìn)程還可以創(chuàng)建，一個(gè)進(jìn)程往往處在一個(gè)家族之中，就需要記錄進(jìn)程在家族中位置的信息。10、占有資源清單own-resource

進(jìn)程占用系統(tǒng)資源的情況，不同的系統(tǒng)的處理差別很大，UNIX系統(tǒng)中就沒(méi)有此項(xiàng)。4.3進(jìn)程控制

4.3.1進(jìn)程控制的概念

進(jìn)程是有生命周期的，產(chǎn)生、運(yùn)行、暫停、終止。對(duì)進(jìn)程的這些操作叫進(jìn)程控制。

進(jìn)程控制的職責(zé)是對(duì)系統(tǒng)中全部進(jìn)程實(shí)施有效的管理，它是處理機(jī)管理的部分（另一部分是進(jìn)程調(diào)度），當(dāng)系統(tǒng)允許多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)共享、協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程的關(guān)系，處理機(jī)管理必須提供對(duì)進(jìn)程實(shí)行有效的管理。4.3進(jìn)程控制

4.3.1進(jìn)程控制的概念

進(jìn)程控制包括：

進(jìn)程創(chuàng)建、

進(jìn)程撤消、

進(jìn)程阻塞、

進(jìn)程喚醒。

這些操作都要對(duì)應(yīng)地執(zhí)行一個(gè)特殊的程序段（操作系統(tǒng)核心程序），同時(shí)系統(tǒng)也通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用給用戶提供進(jìn)程控制的功能。教材上叫原語(yǔ)（一種特殊的系統(tǒng)調(diào)用）。4.3進(jìn)程控制

4.3.1進(jìn)程控制的概念運(yùn)行狀態(tài)

等待狀態(tài)

進(jìn)程阻塞等待狀態(tài)

就緒狀態(tài)進(jìn)程喚醒新建進(jìn)程置為就緒狀態(tài)

進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程終止（消亡）

進(jìn)程撤消就緒狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)

進(jìn)程調(diào)度4.3進(jìn)程控制

4.3.1進(jìn)程控制的概念

在UNIX系統(tǒng)中進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用有：

fork()創(chuàng)建子進(jìn)程

sleep()進(jìn)程睡眠

exit()進(jìn)程自己終止（自殺）

wait()(父）等待子進(jìn)程終止

wakeup()

進(jìn)程喚醒在4.9節(jié)介紹。4.3進(jìn)程控制

4.3.2進(jìn)程創(chuàng)建在UNIX系統(tǒng)中用戶鍵入一個(gè)命令（如date,ps,ls)，shell就創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。一個(gè)程序（可執(zhí)行的）如果可分成幾個(gè)程序段，并且這些程序段可并發(fā)執(zhí)行，用戶程序可使用創(chuàng)建程序的系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程執(zhí)行一個(gè)程序段。例如，放VCD程序。進(jìn)程創(chuàng)建類似于人出生后要到派出所報(bào)戶口。4.3進(jìn)程控制

4.3.2進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用：

create(name,priority,start-addr)UNIX系統(tǒng)：

fork()4.3進(jìn)程控制

4.3.2進(jìn)程創(chuàng)建4.3進(jìn)程控制

4.3.3進(jìn)程撤銷

進(jìn)程完成其任務(wù)，希望終止時(shí)，調(diào)用撤銷進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用（進(jìn)程撤銷原語(yǔ)）撤銷進(jìn)程。相當(dāng)于一個(gè)人死亡后，家人要去派出所銷戶口。

在一般操作系統(tǒng)中進(jìn)程撤銷的系統(tǒng)調(diào)用是：killUNIX系統(tǒng)中是exit()。

4.3進(jìn)程控制

4.3.3進(jìn)程撤銷4.3進(jìn)程控制

4.3.3進(jìn)程撤銷4.3進(jìn)程控制

4.3.4進(jìn)程掛起

當(dāng)一個(gè)處在運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程，因等待某個(gè)事件的發(fā)生（如等待打印機(jī)）而不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，將調(diào)用進(jìn)程掛起系統(tǒng)調(diào)用，把進(jìn)程的狀態(tài)置為阻塞狀態(tài)，并調(diào)用進(jìn)程調(diào)度程序（等于讓出處理機(jī)）。在UNIX系統(tǒng)中進(jìn)程掛起調(diào)用sleep(chan,pri)。4.3進(jìn)程控制

4.3.4進(jìn)程掛起

進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成阻塞狀態(tài)是由進(jìn)程掛起原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)的，因此，調(diào)用進(jìn)程掛起操作是在進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)下執(zhí)行的。它的執(zhí)行將引起等待某事件的隊(duì)列的改變.例如，進(jìn)程是因等待打印機(jī)而進(jìn)入阻塞狀態(tài)，則該進(jìn)程將加入到等待打印機(jī)的隊(duì)列。進(jìn)程掛起系統(tǒng)調(diào)用的算法和隊(duì)列變化如下。4.3進(jìn)程控制

4.3.4進(jìn)程掛起進(jìn)程掛起的內(nèi)部調(diào)用形式（UNIX系統(tǒng)）：

sleep(chan,pri)

其中：chan進(jìn)程掛起（睡眠）的原因；

pri進(jìn)程被喚醒后的優(yōu)先級(jí)

一般調(diào)用形式：

susp(chan)

其中：chan進(jìn)程等待的原因4.3進(jìn)程控制

4.3.4進(jìn)程掛起4.3進(jìn)程控制

4.3.4進(jìn)程掛起4.3進(jìn)程控制

4.3.5進(jìn)程喚醒

一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程會(huì)因等待某事件（例如，等待打印機(jī)）的發(fā)生，由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成阻塞狀態(tài)，當(dāng)它等待的事件發(fā)生后，這個(gè)進(jìn)程將由阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)換由進(jìn)程喚醒操作完成。

調(diào)用進(jìn)程喚醒操作一般在中斷處理、進(jìn)程通信等過(guò)程中。例如，打印機(jī)完成中斷處理程序，在完成了打印完成的操作后，就去檢查等待打印機(jī)的隊(duì)列，若不為空，則調(diào)用進(jìn)程喚醒操作，喚醒一個(gè)（或多個(gè)）等待打印機(jī)的進(jìn)程。

4.3進(jìn)程控制

4.3.5進(jìn)程喚醒進(jìn)程喚醒原語(yǔ)的形式：

wakeup(chan)

其中：chan喚醒進(jìn)程阻塞的原因。4.3進(jìn)程控制

4.3.5進(jìn)程喚醒算法：wakeup輸入：chan:等待的事件（阻塞原因）輸出：無(wú){

找到chan的等待隊(duì)列的指針；

for(該隊(duì)列不為空）

{從隊(duì)列中移出一個(gè)進(jìn)程；置進(jìn)程狀態(tài)為“就緒”，并加入到就緒隊(duì)列；

}}4.3進(jìn)程控制

4.3.5進(jìn)程喚醒

按此算法，是把等待在chan事件上的所有進(jìn)程喚醒，類似于UNIX系統(tǒng)的處理方式。也有的系統(tǒng)只喚醒一個(gè)等待chan事件的進(jìn)程，若這樣處理，等待隊(duì)列就要按某種優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。

進(jìn)程喚醒操作會(huì)引起就緒隊(duì)列和等待chan事件的等待隊(duì)列發(fā)生變化。4.4進(jìn)程的相互制約關(guān)系

在多道程序的環(huán)境中，系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，同時(shí)它們又要共享系統(tǒng)中的資源，這些資源有些是可共享使用的，如磁盤，有些是以獨(dú)占方式使用的，如打印機(jī)。由此將會(huì)引起一系列的矛盾，產(chǎn)生錯(cuò)綜復(fù)雜的相互制約的關(guān)系。

產(chǎn)生這種錯(cuò)綜復(fù)雜的相互制約關(guān)系的原因有二：

資源共享

進(jìn)程合作4.5進(jìn)程互斥

4.5.1互斥的概念

引例：宿舍電話的使用打印機(jī)的使用

1.臨界資源：一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。引例中的電話和打印機(jī)都屬于臨界資源。除此之外，還有內(nèi)存變量、指針、數(shù)組等等也是臨界資源。4.5進(jìn)程互斥

4.5.1互斥的概念2、臨界區(qū)：每個(gè)進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的那段程序段稱為臨界區(qū)（臨界段）。4.5進(jìn)程互斥

4.5.1互斥的概念３．互斥定義:在操作系統(tǒng)中，當(dāng)某一進(jìn)程正在訪問(wèn)某臨界區(qū)時(shí)，就不允許其它進(jìn)程進(jìn)入，否則就會(huì)發(fā)生(后果)無(wú)法估計(jì)的錯(cuò)誤。我們把進(jìn)程之間的這種相互制約的關(guān)系稱為互斥。例如：飛機(jī)定票系統(tǒng)中的機(jī)票庫(kù)4.5進(jìn)程互斥

4.5.1互斥的概念進(jìn)入臨界區(qū)的準(zhǔn)則：(1)每次至多有一個(gè)進(jìn)程處于臨界區(qū)；(2)當(dāng)有若干個(gè)進(jìn)程欲進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，應(yīng)在有限的時(shí)間內(nèi)使其進(jìn)入；(3)進(jìn)程在臨界區(qū)內(nèi)僅逗留有限的時(shí)間。4.5進(jìn)程互斥

4.5.2鎖和上鎖、開鎖操作解決進(jìn)程互斥的最簡(jiǎn)單的辦法是加鎖。

在系統(tǒng)中為每個(gè)臨界資源設(shè)置一個(gè)鎖位，

0表示資源可用，

1表示資源已被占用（不可用）。這樣當(dāng)一個(gè)進(jìn)程使用某個(gè)臨界資源之前必須完成下列操作：1、考察鎖位的值；2、若原來(lái)的值是為“0”，將鎖位置為“1”（占用該資源）；3、若原來(lái)值是為“1”，（該資源已被別人占用），則轉(zhuǎn)到1。當(dāng)進(jìn)程使用完資源后，將鎖位置為“0“，稱為開鎖操作。4.5進(jìn)程互斥

4.5.2鎖和上鎖、開鎖操作4.5進(jìn)程互斥

4.5.2鎖和上鎖、開鎖操作

改進(jìn)的算法4.5進(jìn)程互斥

4.5.3用上鎖原語(yǔ)和開鎖原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)互斥假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程共享打印機(jī)，兩個(gè)進(jìn)程中使用打印機(jī)的程序段為臨界區(qū)。為保證打印的正確，設(shè)置打印機(jī)的鎖位print，其初值為“0”，表示打印機(jī)可用。4.5進(jìn)程互斥

4.5.3用上鎖原語(yǔ)和開鎖原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)互斥4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.1信號(hào)燈的概念信號(hào)燈的概念是由Dijkstra提出的（1968）。他把互斥的關(guān)鍵概念抽象到信號(hào)量這個(gè)概念中，信號(hào)量是一個(gè)被保護(hù)的變量，只有P操作、V操作和一種稱為信號(hào)量初始化操作才能訪問(wèn)和改變它的值。4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.1信號(hào)燈的概念

信號(hào)燈的定義：信號(hào)燈是一個(gè)確定的二元組（s,q），s是一個(gè)具有非負(fù)初值的整型變量，q是一個(gè)初始狀態(tài)為空的排隊(duì)棧。

S代表資源的實(shí)體。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)準(zhǔn)確地說(shuō)明s的意義和初值，每個(gè)信號(hào)燈都有一個(gè)隊(duì)列，其初始狀態(tài)為空。4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.2P、V操作信號(hào)燈的值僅能由P、V操作來(lái)改變，對(duì)信號(hào)燈的P操作記為：P(S)，P操作是一個(gè)原子操作。對(duì)信號(hào)燈的V操作記為：V(S),V操作是一個(gè)原子操作。在實(shí)際操作系統(tǒng)中，一般情況下是由機(jī)器硬件提供P、V操作的指令，當(dāng)然是原子操作，若機(jī)器不提供P、V操作的指令，則操作系統(tǒng)提供P、V操作原語(yǔ)。4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.2P、V操作P操作：（1）s值減1；（2）若相減結(jié)果大于等于0，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；（3）若結(jié)果小于0，則該進(jìn)程掛起。注：推起該進(jìn)程包括：保留調(diào)用進(jìn)程CPU現(xiàn)場(chǎng)；置“等待”狀態(tài)；入等待隊(duì)列；轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度；4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.2P、V操作V操作：（1）s值加1；（2）若相加結(jié)果大于0，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；（3）否則，喚醒一個(gè)（或多個(gè)）等待該信號(hào)燈的進(jìn)程，然后本進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥用兩個(gè)進(jìn)程共享打印機(jī)的例子設(shè)信號(hào)燈print表示打印機(jī)，初值為1，表示打印機(jī)可用(也可理解為有一臺(tái)打印機(jī))。(print也是用于互斥的信號(hào)燈，教材上設(shè)置為mutex。)4.6信號(hào)燈和P、V操作

4.6.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥4.7進(jìn)程同步

4.7.1同步的例子引例1：兩位同學(xué)約好星期天去東湖，早上8:00在校門口，不見不散。當(dāng)一個(gè)同學(xué)先來(lái)到校門口，要等另一個(gè)同學(xué)，到齊后一道打的去東湖4.7進(jìn)程同步

4.7.2同步的概念互斥的概念來(lái)自于諸進(jìn)程對(duì)獨(dú)占使用資源（設(shè)備）的競(jìng)爭(zhēng)，同步來(lái)源于多個(gè)進(jìn)程的合作。在人類社會(huì)中競(jìng)爭(zhēng)與合作是永恒的。同步：所謂同步就是并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要相互等待與互通消息，這樣的相互制約關(guān)系稱為進(jìn)程同步。4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步在操作系統(tǒng)中，同步有各種各樣，但歸納起來(lái)有兩類：諸進(jìn)程合作完成某工作的邏輯順序，如考研問(wèn)題；對(duì)系統(tǒng)資源的共享。如兩個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)緩沖區(qū)完成謄抄問(wèn)題4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步（一）合作進(jìn)程的執(zhí)行次序用進(jìn)程流圖來(lái)描述諸進(jìn)程合作完成某一任務(wù)的次序，其規(guī)則如下4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步用信號(hào)燈及P、V操作來(lái)描述左圖1、說(shuō)明進(jìn)程的同步關(guān)系進(jìn)程P1、P2可并行執(zhí)行，P3的執(zhí)行必須等待P1、P2都完成后才能開始執(zhí)行。2、設(shè)置信號(hào)燈，說(shuō)明含義、初值。

s13=0表示進(jìn)程P1尚未執(zhí)行完成；

s23=0表示進(jìn)程P2尚未執(zhí)行完成；4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步(二）共享緩沖區(qū)的合作進(jìn)程的同步

設(shè)有一個(gè)緩沖區(qū)buffer，大小為一個(gè)字節(jié)，CP進(jìn)程不斷產(chǎn)生字符，送入buffer，IOP進(jìn)程從buffer中取出字符打印。如不加控制，會(huì)有多種打印結(jié)果，這取決于這兩個(gè)進(jìn)程運(yùn)行的相對(duì)速度。在這眾多的打印結(jié)果中，只有CP、IOP進(jìn)程的運(yùn)行剛好匹配的一種是對(duì)的，其它均為錯(cuò)誤，并且不能重現(xiàn)。4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步要保證打印結(jié)果的正確，CP、IOP必須遵循以下同步規(guī)則：(1)當(dāng)CP把結(jié)果送入buffer后，IOP才能從buffer中取，否則IOP必須等待；(2)當(dāng)IOP從buffer中取走數(shù)據(jù)后，CP才能將新產(chǎn)生數(shù)據(jù)送buffer，否則也必須等待。解決這個(gè)問(wèn)題的步驟：(1)分析問(wèn)題，弄清楚同步關(guān)系，如上分析；(2)設(shè)置信號(hào)燈，說(shuō)明含義、初值；(3)寫出程序描述。4.7進(jìn)程同步

4.7.3用信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步4.7進(jìn)程同步

4.7.4生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題我們把上面的例子擴(kuò)充，假定緩沖區(qū)buffer是一個(gè)有界緩沖區(qū)，可存放n個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)假定有n個(gè)CP進(jìn)程不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并送buffer；有m個(gè)IOP進(jìn)程從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)打印。在我們生活中有很多這樣的例子。4.7進(jìn)程同步

4.7.4生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題對(duì)于生產(chǎn)者進(jìn)程：產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)要送入緩沖區(qū)時(shí)，要檢查緩沖區(qū)是否已滿，若未滿，則可將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，并通知消費(fèi)者進(jìn)程；否則，等待；對(duì)于消費(fèi)者進(jìn)程：當(dāng)它去取數(shù)據(jù)時(shí)，要看緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)可取，若有則取走一個(gè)數(shù)據(jù)，并通知生產(chǎn)者進(jìn)程，否則，等待。這種相互等待，并互通信息就是典型的進(jìn)程同步。同時(shí)，緩沖區(qū)是個(gè)臨界資源，因此，諸進(jìn)程對(duì)緩沖區(qū)的操作程序是一個(gè)共享臨界區(qū)，因此，還有個(gè)互斥的問(wèn)題。4.7進(jìn)程同步

4.7.4生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題4.7進(jìn)程同步

4.7.4生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題4.7進(jìn)程同步

4.7.4生產(chǎn)者－消費(fèi)者問(wèn)題補(bǔ)充題1：有十個(gè)讀者和兩個(gè)編輯同時(shí)處理一篇文章，對(duì)于讀操作是可以同時(shí)進(jìn)行的，若有讀者正在讀這篇文章，編輯就不能工作，若編輯正在處理這篇文章，讀者就不能作讀操作，編輯與編輯的工作也是互斥的，試用信號(hào)燈及P、V操作寫出讀者與編輯之間協(xié)同工作的程序描述。解：

mutex:用于讀者與編輯、編輯與編輯的互斥信號(hào)燈，初值為1；

mutex1:用于對(duì)couter操作的互斥的信號(hào)燈，初值為1。補(bǔ)充題2：理發(fā)師睡覺(jué)問(wèn)題理發(fā)店里有一位理發(fā)師、一把理發(fā)椅和n把供顧客等候理發(fā)坐的椅子。如果沒(méi)有顧客，則理發(fā)師便在理發(fā)椅上睡覺(jué)，當(dāng)一顧客來(lái)到時(shí)，他必須先叫醒理發(fā)師，如果理發(fā)師正在理發(fā)時(shí)又有顧客來(lái)到，則如果有空椅子可坐，他們就坐下來(lái)等，如果沒(méi)有空椅子，他就離開。用信號(hào)燈和P、V操作寫出理發(fā)師和顧客行為的程序描述。補(bǔ)充題3：哲學(xué)家就餐問(wèn)題五個(gè)哲學(xué)家圍坐在一個(gè)圓桌周圍，每個(gè)哲學(xué)家面前都有一盤通心面，由于面條很滑，所以要兩把叉子才能夾住。相鄰兩個(gè)盤子間有一把叉子，餐桌如右圖。哲學(xué)家的生活包括兩種活動(dòng)：即吃面條和思考。當(dāng)哲學(xué)家覺(jué)得餓時(shí)，他就試圖分兩次去取他左邊和右邊的叉子，每次拿一把，不分先后次序，如果成功，他就開始吃面條，吃完后放下叉子，繼續(xù)思考。試用信號(hào)燈及P、V操作寫出哲學(xué)家行為的程序描述，要求不能讓某個(gè)（或某些哲學(xué)家餓死）。補(bǔ)充題3：哲學(xué)家就餐問(wèn)題4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理4.9.1UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程的圖像(image)（一）進(jìn)程圖像的組成

1、進(jìn)程控制塊PCB基本進(jìn)程控制塊proc結(jié)構(gòu)：存放進(jìn)程的最基本的控制和管理信息，不論該進(jìn)程是否處于運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)都要訪問(wèn)的信息，必須常駐內(nèi)存；擴(kuò)充進(jìn)程控制塊user結(jié)構(gòu)：存放進(jìn)程的管理和控制信息，這些信息只有當(dāng)進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)才訪問(wèn)，不一定常駐內(nèi)存。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.1UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程的圖像2、正文段（共享正文段）它是進(jìn)程執(zhí)行程序的一部分，可為多個(gè)進(jìn)程共享執(zhí)行，作為正文段的程序必須是可重入的。3、數(shù)據(jù)段包括：正文段程序的處理對(duì)象－－數(shù)據(jù)、進(jìn)程執(zhí)行程序（私有）及數(shù)據(jù)和ppda(進(jìn)程數(shù)據(jù)區(qū)）。4、用戶棧4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.1UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程的圖像（二）UNIX系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、proc結(jié)構(gòu),在UNIX系統(tǒng)的/sys/proc.h文件中；2、user結(jié)構(gòu)

,在UNIX系統(tǒng)的/sys/user.h文件中；3、text結(jié)構(gòu)（用來(lái)管理正文段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）

text結(jié)構(gòu)在UNIX系統(tǒng)的/sys/text.h文件中4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷一、UNIX進(jìn)程的兩種運(yùn)行態(tài)

核心態(tài)：指進(jìn)程正在執(zhí)行UNIX核心程序；

用戶態(tài)：指進(jìn)程正在執(zhí)行用戶程序；4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷在UNIX系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程有兩種態(tài)，在執(zhí)行用戶程序時(shí)稱為用戶態(tài)，當(dāng)發(fā)生中斷（或自陷）時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去處理中斷，即開始執(zhí)行中斷處理程序（UNIX核心代碼），進(jìn)程由用戶轉(zhuǎn)為核心態(tài)，處理完中斷完后返回用戶程序執(zhí)行，進(jìn)程又由核心態(tài)轉(zhuǎn)為用戶態(tài)。在UNIX系統(tǒng)中除0＃進(jìn)程外的所有進(jìn)程都有兩種態(tài)。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

二、UNIX進(jìn)程樹4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

二、UNIX進(jìn)程樹0進(jìn)程：系統(tǒng)初啟時(shí)由系統(tǒng)初啟程序建立，完成系統(tǒng)初啟的相應(yīng)工作后，創(chuàng)建1進(jìn)程；然后的工作有兩項(xiàng)，其一是進(jìn)程交換（進(jìn)程圖像的管理）；其二是進(jìn)程切換（進(jìn)程調(diào)度）。1進(jìn)程：為系統(tǒng)的每個(gè)聯(lián)機(jī)終端創(chuàng)建一個(gè)終端進(jìn)程，然后就做托管工作。2、3、…、n、n+1進(jìn)程：終端進(jìn)程，執(zhí)行程序是shell，該進(jìn)程執(zhí)行是接受和執(zhí)行用戶鍵入的shell命令，或shell命令程序。用戶創(chuàng)建的進(jìn)程：用戶的shell命令或shell程序所創(chuàng)建的進(jìn)程；用戶在其程序中創(chuàng)建的進(jìn)程。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)（一）運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)表示進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行。其特征是：p_stat為SRUNp_flag中號(hào)SLOAD位為1，表示該進(jìn)程圖像在內(nèi)存（在目前的UNIX系統(tǒng)中表示該進(jìn)程的U區(qū)在內(nèi)存）。核心態(tài)下的內(nèi)存管理機(jī)制的指針指向ppda，即該進(jìn)程的USER結(jié)構(gòu)。核心態(tài)運(yùn)行用戶態(tài)運(yùn)行4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)（二）就緒狀態(tài)在內(nèi)存中就緒：指進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，且進(jìn)程圖象在內(nèi)存（現(xiàn)代：進(jìn)程的U區(qū)在內(nèi)存）；就緒且換出：指進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，且進(jìn)程圖像不在內(nèi)存。p_stat為SRUN；p_flag的SLOAD為1，表示在內(nèi)存中就緒；為0，表示就緒且換出；核心態(tài)下的內(nèi)存管理機(jī)制的指針不指向ppda。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)（三）睡眠狀態(tài)睡眠狀態(tài)是進(jìn)程等待某事件發(fā)生而被迫暫時(shí)讓出處理機(jī)時(shí)所處的狀態(tài)。p_stat為SSLEEP高優(yōu)先級(jí)睡眠狀態(tài)；

SWAIT低優(yōu)先級(jí)睡眠狀態(tài)；p_flag中的SLOAD為1，表示該進(jìn)程圖像在內(nèi)存，否則不在內(nèi)存。在UNIX系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該進(jìn)程等待事件的輕重緩急的程度賦予不同的優(yōu)先數(shù)，該進(jìn)程在被喚醒后，就以系統(tǒng)賦予的優(yōu)先數(shù)參與處理機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)。若系統(tǒng)賦予的優(yōu)先數(shù)是小于0（負(fù)數(shù)），進(jìn)程進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)睡眠狀態(tài)，否則，進(jìn)程進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)睡眠狀態(tài)。進(jìn)程的優(yōu)先數(shù):p_pri(-127～127)4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)睡眠的原因：（1）0＃進(jìn)程（－100優(yōu)先數(shù)）；（2）因資源請(qǐng)求得不到滿足的進(jìn)程，磁盤(－80)，打印機(jī)

(－20），…；（3）等待塊設(shè)備I/O完成的進(jìn)程，（－50）。進(jìn)程進(jìn)入低優(yōu)先級(jí)睡眠的原因：(1）因等待字符設(shè)備I/O完成的進(jìn)程，（0～20的優(yōu)先數(shù)）；(2)所有處于用戶態(tài)運(yùn)行的進(jìn)程，優(yōu)先數(shù)一般情況下為大于100。這樣做的目的是為什么？為使系統(tǒng)資源得到充分的利用，換句話說(shuō)，是為了提高系統(tǒng)資源的使用效率。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)（四）創(chuàng)建狀態(tài)父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)所取的狀態(tài)，目的是保證子進(jìn)程能完全復(fù)制父進(jìn)程的圖像。在UNIX系統(tǒng)中，父進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程要復(fù)制父進(jìn)程的全部的進(jìn)程圖像（除proc結(jié)構(gòu)外），當(dāng)有內(nèi)存空間時(shí)，能很快完成復(fù)制工作，但若無(wú)內(nèi)存空間時(shí)，就要在交換區(qū)中建立子進(jìn)程圖像的復(fù)本，這時(shí)父進(jìn)程將自己置為創(chuàng)建狀態(tài)，以保證自己的圖像不被調(diào)出內(nèi)存。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)（五）僵死狀態(tài)僵死狀態(tài)是子進(jìn)程等待父進(jìn)程作善后處理時(shí)所處的狀態(tài)。特征：進(jìn)程轉(zhuǎn)換成僵死狀態(tài)后，就不能再轉(zhuǎn)換成其它任何狀態(tài)；進(jìn)程已釋放它占用的所有資源（除proc結(jié)構(gòu)外）。

p_stat為SZOMB(zombi,zombie還魂尸，僵尸）。4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.2UNIX進(jìn)程的狀態(tài)及變遷

三、UNIX進(jìn)程狀態(tài)

（六）進(jìn)程狀態(tài)變遷4.9UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程管理

4.9.3進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程控制的操作有進(jìn)程創(chuàng)建fork()、進(jìn)程睡眠sleep()、進(jìn)程喚醒wakeup()、進(jìn)程終止exit()和等待進(jìn)程終止wait()。進(jìn)程創(chuàng)建fork()調(diào)用形式：pid=fork();功能：創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，被創(chuàng)建的子進(jìn)程是父進(jìn)程進(jìn)程圖像的一個(gè)副本（除proc結(jié)構(gòu)外），在UNIX系統(tǒng)中，除了0進(jìn)程外，其它進(jìn)程都是調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建的。返回：－1創(chuàng)建失敗

0從子進(jìn)程返