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1、1书名：计算机操作系统原理与windows2003实践教程ISBN：978-7-111-24696-1作者：桑莉君出版社：机械工业出版社本书配有电子课件计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件2第 2 章 进程控制与同步操作系统原理与操作系统原理与Windows 2003实践教程实践教程计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件3第二章进程控制与同步n2.1 进程的引入n2.2 进程的状态和组成n2.3 进程控制n2.4 进程的同步n2.5 经典进程同步问题n2.6 进程通信 n2.7 线程的概念n2.8 进程管理n2.9 本章
2、小结计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件42.1 进程的引入2.1.1程序的顺序执行及其特征2.1.2程序的并发执行及其特征2.1.3进程的定义及特征计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件5程序的顺序执行n单道程序的运行顺序执行可以表示下图在单道程序的工作环境中，内存中只有一个作业的程序，用户程序是严格按顺序执行的。每个用户程序执行时都是先把程序和数据输入计算机，然后再由计算机进行计算处理，最后把计算的结果由输出设备输出。计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件6n顺序性：不同程序按序运
3、行，程序内部也是按照预先编制好的次序运行。n可再现性：过程可再现性、结果可再现性n封闭性：程序执行过程中，系统的全部资源被其独占。n程序的运行结果和它的执行速度无关。程序顺序执行的特征计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件7程序的并发执行并发执行系统中的各个程序交错在CPU上运行，一个还没有运行完成，另一个就已经开始在CPU上运行了，而不是一个完全结束后，再运行另一个。计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件8程序并发执行的特征n并发性：多道程序同时在系统中运行，这些程序的执行时间是重叠的，主存中同时存放着多个处于运行状态的
4、程序。n制约性：系统中多个程序共享系统的全部资源，它们之间又由于竞争同一资源而相互制约。n不确定性：由于程序之间的相互制约，程序执行的过程变得不确定的。同一个程序在相同初始条件下，执行过程是不一样的，也是事先不能估计的。计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件9进程的定义进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合在处理器上的一次执行过程，它是系统分配资源的基本单位 计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件10进程与程序的区别n程序是静态的概念，而进程是动态的概念n进程是一个能独立运行的单位，它与其他进程并发运行；而程序是不能
5、作为一个独立单位并发运行的 n程序和进程无一一对应关系 n各个进程在并发执行过程中有相互制约的关系，造成各自前进速度的不可预知。而程序本身是静态的，不存在这种相互制约性。计算机操作系统原理与windows2003实践教程 高职高专 ppt 课件11进程的特征n动态性：进程具有从动态地产生到动态地消亡的生命历程。“它由创建而产生，由调度而运行，由得不到资源而暂停执行，由系统撤销而消亡”。n并发性：进程是可并发的运行单位。n独立性：进程在系统中被作为一个独立的单位得到调度和获取系统资源。n异步性：进程之间相互制约，使得进程执行时具有间断性，即进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进。或者说，进程按
6、异步方式运行。n结构性：进程的实体是由程序段、数据集合及进程控制块三个部分组成的。122.2 进程的状态和组成2.2.1进程的状态及转换2.2.2进程的组成13进程的状态n操作系统中，进程有三种基本状态：运行态、就绪态、阻塞态（也称等待态）n进程在生命消亡前处于且仅处于三种基本状态之一n不同系统设置的进程状态数目不同14进程基本状态n运行态（Running）是指当前的进程已经获得了包括CPU在内的全部所需资源，此时它的程序正在CPU上执行所处的状态。n就绪态（Ready）是指进程获取了除CPU以外的全部所需资源，正在等待CPU调度所处的状态。n阻塞态（Blocked）/等待态（Waited）指
7、的是进程因等待某种事件的发生，而暂时不能运行所处的状态。15思考n假设系统中有N个进程，处于运行态的进程最多几个，最少几个；处于就绪态的进程最多几个最少几个；阻塞态的进程呢？16进程的基本状态转换17进程的五状态转换模型18进程的七状态转换模型19进程的组成n程序段：描述进程所要完成的功能n数据集合：程序段执行时需要的数据和工作区，n进程控制块（PCB）：是系统用于描述和控制进程的数据结构，包含了进程的有关描述信息、控制信息以及资源信息。程序和数据是进程完成其功能的物质基础，在大多数操作系统中被放在外存中，直到该进程执行时才调入内存。PCB在内存以顺序表的方式进行管理。20进程控制块PCBnP
8、CB是系统感知进程存在的唯一标志n进程与PCB是一一对应的21PCB的内容n描述信息进程名或进程标识号、用户名或用户标识号、家族关系n控制信息进程当前状态、进程优先级、程序开始地址、各种计时信息、通信信息n资源管理信息nCPU现场保护结构 22PCB队列n系统把所有PCB组织在一起，并把它们放在内存的固定区域，就构成了PCB表n相同状态的进程PCB组成一个队列，PCB都处理各自的PCB队列中，每个PCB队列对应相应的进程状态。就绪队列、阻塞队列、运行队列操作系统中队列常采用的存储方式是链表23PCB组织方式链接方式 242.3 进程控制2.3.1进程创建2.3.2进程撤销2.3.3进程阻塞与唤
9、醒25进程控制n进程控制的职责是对系统中的全部进程实施有效的管理。其功能包括进程的创建、进程的撤消、进程的阻塞与唤醒等。n原语是由若干条机器指令构成的，用于完成某一特定功能的一段程序。原语在执行期间不可分割，具有原子性。n进程控制原语主要有：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语等 26进程创建n功能：为被创建进程建立一个PCB，并填入相应的初始值。n操作过程：1.向系统申请一个空闲PCB结构2.父进程所提供的参数将子进程的PCB初始化，并将此PCB插入就绪队列3.返回一个进程的标识号。27进程撤销n功能：收回被撤销进程占用的所有资源，并撤销它的PCB。n操作过程：1.从PCB集合中找到被撤销
10、进程的PCB2.若有子孙进程，则将该进程的子孙进程予以撤销3.对于被撤销进程所占有的资源，还给父进程或系统4.最后撤销该进程PCB28进程阻塞与唤醒n阻塞原语的功能是将进程由运行态转为阻塞态n唤醒原语的功能是将进程由阻塞态变为就绪态n注意：一个进程由运行态转变为阻塞态，是这个进程自己调用阻塞原语去完成的，即是主动行为一个进程由阻塞态转变为就绪态，是另一个发现者进程调用唤醒原语实现的，是被动行为292.4 进程的同步2.4.1进程同步的基本概念2.4.2信号量与P、V操作原语2.4.3用P、V操作原语实现进程互斥2.4.4用P、V操作原语实现同步30进程同步的基本概念1.临界资源和临界区2.互斥
11、3.同步31临界资源和临界区n一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源 n临界资源的种类物理设备：如打印机、绘图机等。软件资源：如公共变量、数据、表格等n在每个进程中，访问临界资源的那段程序称为关于该临界资源的临界区 32互斥n进程之间的关于某临界资源的相互制约关系称为互斥n必须阻止两个或两个以上的进程同时进入关于同一临界资源的临界区33n关于同一临界资源临界区的使用应遵循准则：空闲让进忙则等待有限等待让权等待 34同步n进程同步是指对多个相互合作的相关进程之间在执行次序上的协调。缓冲区缓冲区计算进程打印进程35信号量与P、V操作原语n信号量是一个二元数据结构（s，q）s：具有非负初值的整型变
12、量，表示该信号量的值q：关于信号量的阻塞队列指针，指向该队列第一个进程的PCB。n信号量的定义如下：struct semaphore int value;pointer_PCB queue;36信号量的一般结构及PCB队列 37P操作原语P(S)S.value=S.value-1;if(S.value 0)该进程状态置为阻塞状态 将该进程的PCB插入相应的阻塞队列末尾S.queue;入口S=S-1S0进程入阻塞队列转进程调度返回是S0P 操作功能38V操作原语V(S)S.value=S.value+1;if(S.value=4)P(W)；V(mutex)；P(forki)；P(fork(i+1
13、)%5)；进食；V(forki)；V(fork(i+1)%5)；P(mutex)；count-；if(count=3)V(W)；V(mutex)；782.6 进程通信2.6.1进程通信的类型2.6.2消息缓冲队列通信的实现2.6.3信箱通信的实现79进程通信的类型n低级通信：P、V操作n高级通信共享存储器系统消息传递系统管道通信系统。80共享存储器系统基于共享数据结构的通信方式 基于共享存储区的通信方式 81消息传递系统n直接通信方式：发送进程直接把消息发送给接收者，并将它挂在接收进程的消息缓冲队列上。接收进程从消息缓冲队列中取得消息。基于其实现的原理，这种通信方式也称为消息缓冲通信。n间接通
14、信方式：发送进程将消息发送到某种中间实体中，接收进程从中取得消息。这种中间实体一般称为信箱，故这种通信方式也称为信箱通信方式。被广泛应用于计算机网络中，相应地，系统被称为电子邮件系统。82管道通信系统n管道，是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现他们之间通信的共享文件，又称为pipe文件。接收进程发送进程共享文件83消息缓冲队列通信的实现84信箱通信的实现n信箱通信是一种间接通信方式，利用信箱通信，可以实现实时通信或非实时通信n信箱是一种数据结构，在逻辑上包括：信箱头和信箱体。n信箱分为：私用邮箱 公用邮箱 共享邮箱852.7 线程的概念2.7.1线程的引入2.7.2线程的定义2.7.3线
15、程与进程的比较2.7.4线程的控制86线程的引入n引入了进程是为了使多个程序并发执行，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量。n引入线程，主要是为了减少程序在并发执行时系统所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性。87线程的定义n线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。它表示进程中的一个控制点，执行一系列的指令。n线程的组成：程序计数器、一组寄存器、堆栈 88线程与进程的比较单进程、单线程单进程、多线程多进程、每个进程多个线程多进程、每个进程一个线程线程与进程的关系 89线程与进程的比较调度切换地址空间资源并发性拥有资源系统开销90线程的控制n线程状态：执行状态、就绪状态、阻
16、塞状态。nWindows 2000中将线程的状态划分为七种：初始化、终止、就绪、运行、等待、备用、转换 912.8 进程管理2.8.1Windows 2003的进程管理2.8.2 Windows 2003的线程管理2.8.3 Windows 2003的进程互斥和同步2.8.4 Windows 2003进程间的通信2.8.5 Windows 2003的线程调度92图2-22 线程之间各个状态的关系图93课堂练习n1.进程与程序的本质区别是（）。A）存储在内存和外存B）顺序和非执行机器指令C）分时使用和独占使用计算机资源 D）动态和静态特征n2.为了描述进程的动态变化过程，采用了一个与进程相联系的
17、（），系统根据它来感知进程的存在。A）进程状态字B）进程优先数C）进程控制块D）进程起始地址n3.分配到必要资源并获得处理器时，进程所处的状态是（）。A）就绪状态B）运行状态C）阻塞状态D）撤销状态94n4.下列进程状态的转换中，哪一个是不正确的（）。A）就绪运行 B）运行就绪C）就绪阻塞D）阻塞就绪n5.下列特性中，（）不是进程的特性。A）异步性B）并发性C）静态性D）动态性n6.在单处理器系统中，处于运行状态的进程（）。A）只有一个B）可以有多个C）不能被挂起D）必须在执行完后才能被撤下95n7.一个运行的进程用完了分配给它的时间片后，它的状态变为（）。A）就绪状态B）阻塞状态C）运行状态
18、D）由用户自己决定n8.进程的并发执行是指若干个进程（）。A）同时执行B）在执行时间上是重叠的C）在执行时间上不可重叠的D）共享系统资源n9.P、V操作是（）。A）两条低级进程通信原语B）两组不同的机器指令C）两条系统调用命令D）两条高级进程通信原语96n10.若P、V操作的信号量S初值为2，当前值为1，则表示有（）阻塞进程。A）0个 B）1个C）2个D）3个n11.对进程的管理和控制使用（）。A）指令B）原语C）信号量D）信箱通信n12.用V操作唤醒一个阻塞进程时，被唤醒进程的状态变为（）。A）阻塞状态B）就绪状态C）运行状态D）完成状态97n13.进程控制就是对系统中的进程实施有效的管理，通过使用（）、进程撤销、进程阻塞、进程唤醒等进程控制原语实现。A）进程运行B）进程管理C）进程创建D）进程同步n14.信箱是一种（）通信方式。A）直接通信B）间接通信C）低级通信D）信号量98n15.两个进程合作完成一个任务。在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来消息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约合作关系被称为进程的（）。A）互斥B）同步C）调度D）执行n16.为了进行进程协调，进程之间应当具有一定的联系，这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行，这种方式称为（）。A）进程互斥B）进程同步C）进程制约D）进程通信