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1、操作系操作系统统原理原理课课件第四章并件第四章并发处发处理理1并并发发活活动动-进进程的引程的引入入进程的概念进程的创建与终止进程的同步与通信并发性带来的问题并发性问题的解决方法contents目录进进程的概念程的概念01进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程具有动态性，即进程的状态可以在运行过程中发生变化。进程具有独立性，即一个进程出现问题不会影响其他进程的执行。进程的定义进程的状态进程已获得除CPU之外的其他必要资源，等待分配CPU。进程占用CPU，并在执行。进程因等待某个条件（如I/O操作）而暂时无法运行。进程正常结束或异常结束。就绪状态运行状态阻塞状态终止状态进
2、程映像包括程序、数据和系统资源。进程切换当一个进程释放CPU时，操作系统需要保存该进程的当前状态并恢复另一个就绪进程的状态，这个过程称为进程切换。进程控制块PCB用于描述进程状态的重要数据结构。进程的描述进进程的程的创创建与建与终终止止02进程的创建是操作系统中一个重要的概念，它描述了如何从无到有地创建一个进程。进程的创建是操作系统中一个重要的概念，它描述了如何从无到有地创建一个进程。在操作系统中，进程是一个程序在某个数据集合上的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程的创建通常由操作系统内核完成，通过系统调用实现。在进程创建过程中，需要为新进程分配必要的资源，如内存空间、文件描
3、述符等，并设置相应的进程控制块（PCB）来保存新进程的上下文信息。进程的创建进程的终止是操作系统中一个必要的操作，它描述了如何结束一个正在运行的进程。进程的终止是操作系统中一个必要的操作，它描述了如何结束一个正在运行的进程。当一个进程完成其任务或出现异常时，操作系统会接管该进程，并执行相应的终止操作。在进程终止过程中，操作系统会回收该进程所占用的资源，如内存空间、文件描述符等，并将该进程从系统中删除。同时，操作系统还会通知相关进程或用户该进程已经终止。进程的终止进程的回收是操作系统中一个重要的操作，它描述了如何将已终止的进程占用的资源释放回系统。进程的回收是操作系统中一个重要的操作，它描述了如
4、何将已终止的进程占用的资源释放回系统。当一个进程终止后，操作系统会将其从系统中删除，但其所占用的资源并不会立即释放。为了提高系统资源的利用率，操作系统会将这些资源进行回收，以便其他进程可以使用。在进程回收过程中，操作系统会检查该进程所占用的资源，如内存空间、文件描述符等，并将其释放回系统。同时，操作系统还会更新相关的数据结构，如PCB等，以反映该进程的状态变化。进程的回收进进程的同步与通信程的同步与通信03 进程同步进程同步的概念进程同步是指多个进程在执行过程中，按照一定的顺序和规则，协同完成一项任务。进程同步的必要性由于并发执行的特点，多个进程之间可能存在资源竞争和相互依赖的情况，因此需要进
5、程同步来协调它们的执行。进程同步的方法包括信号量、互斥量、条件变量等机制，用于控制进程的执行顺序和资源访问。进程通信是指多个进程之间传递消息和数据，以实现信息交换和共享。进程通信的概念包括管道、消息队列、信号、共享内存等机制，这些机制提供了不同形式的通信方式，以满足不同场景的需求。进程通信的方式进程之间需要进行信息交换和协作，以完成复杂的任务和功能，进程通信是实现这一目标的重要手段。进程通信的必要性进程通信信号量的概念信号量是一种用于实现进程同步和通信的计数器，它可以用来控制对共享资源的访问和协调进程的执行顺序。信号量的操作信号量具有两个基本的操作，P操作（通常称为“wait”或“down”操
6、作）和V操作（通常称为“signal”或“up”操作）。P操作会减少信号量的值，V操作会增加信号量的值。信号量的应用信号量可以用于实现多种同步和通信机制，如实现互斥锁、实现条件变量、实现读写锁等。信号量机制并并发发性性带带来的来的问题问题04死锁产生条件互斥、占有并等待、非抢占、环路等待。死锁定义在并发系统中，如果一组进程中的每个进程都在等待某个事件发生，而这个事件又只能由该组中的其他进程产生，这种状态称为死锁。死锁预防策略避免死锁的策略包括设置资源分配图、银行家算法、避免死锁的算法等。死锁问题03饥饿解决方法可以采用公平调度策略，如轮转调度算法，来减少饥饿发生的可能性。01饥饿定义在并发系统
7、中，如果一个进程由于其他进程的优先级高于它而长时间得不到服务，则称该进程发生了饥饿。02饥饿产生原因优先级调度算法可能导致饥饿，因为高优先级的进程可能会不断抢占低优先级进程的资源。饥饿问题在并发系统中，根据进程的性质或紧迫程度，赋予它们不同的优先级，以便在资源有限的情况下，优先满足重要或紧急的进程。优先级定义优先级调度算法是一种常见的调度算法，根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先获得服务。优先级调度算法优先级的设置应考虑进程的性质、紧迫程度、资源需求等因素，同时要避免产生饥饿和死锁等问题。优先级设置原则优先级问题并并发发性性问题问题的解决方的解决方法法05死锁预防是解决并发性问题的主要
8、方法之一。它通过一系列的策略和机制来避免系统进入死锁状态。资源分级是另一种有效的死锁预防方法，它通过将资源按照优先级进行排序，并要求进程按照优先级顺序请求资源来避免死锁。银行家算法是一种经典的死锁预防算法，它通过确保系统始终处于安全状态来避免死锁。还有一个重要的策略是超前分配，即预先为进程分配所有需要的资源，以避免在运行时发生争用和死锁。死锁预防饥饿是指一个或多个进程无限期地等待某个资源，导致它们无法完成执行。另一个方法是限制进程对资源的最大需求，以减少发生争用的可能性。饥饿避免为了避免饥饿，可以采用公平调度策略，如循环调度、最短作业优先等，以确保每个进程都能获得足够的资源。还有一个方法是引入虚拟时间或逻辑时钟的概念，以便更好地管理并发活动和资源分配。优先级管理01优先级管理是解决并发问题的一种常见方法，它通过为进程分配不同的优先级来决定它们的执行顺序。02高优先级进程可以优先获得处理器和资源，而低优先级进程则需要等待。03为了避免饥饿，可以设置动态优先级调整策略，根据进程的执行情况和资源需求动态地调整它们的优先级。04此外，还可以采用抢占式调度策略，即当一个高优先级进程需要更多资源时，可以抢占正在执行的低优先级进程。THANK YOU