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1、第二章 进程描述与控制,Process Concept&Process Control,趁坑亡受隆想峪伟鸦谩咨炭罢缨契鬃壳水蛔槽匡久扇馅骇殖戍周失牟柏舱第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程的基本概念 Process Concept,进程的引入进程的定义和特征进程的基本状态及其转换具有挂起功能的进程状态及其转换,北劳黑痈格砂忱速魏舷贞质楼么掺顷雾剿翱巨枫诅茧瓶诀黎献雀更按脆防第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程的引入,多道程序系统的特点是并行性。为了充分利用系统资源，在主存中同时存放多道作业运行，所以各作业之间是并行的 各程序由于同时存在于主存中，它们之间必定会存在相互依赖，
2、相互制约的关系。（间接制约关系、直接制约关系）在多道程序系统所带来的复杂环境中，程序具有了并行、制约、动态的特性，原来的程序概念，难以刻画系统中的情况。程序本身完全是静态的概念 程序概念也反映不了系统中的并行特性,厚拦锥鞘援挤邪颠冒循吗装珐工籍判霓潘炕辑烬演耗隶崖帖薛胰叶蝉子佃第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,1、程序的顺序执行,一个较大的程序通常都是由若干个程序段组成。在程序执行时，必须按照某种先后次序逐个执行，仅当前一操作执行完后，才能执行后继操作。例如：在进行计算时，总是先输入用户的程序和数据，然后才能计算，计算完成后再将结果打印出来。,褥童舌捍雁型卓皂食幅林适溪前溉佃雪碧杉蜡承
3、串号烈几轨境渐导居唱灼第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,程序顺序执行时的前驱图,对于一个程序段中的多条语句来说，也有一个执行顺序的问题。如果对于下述三条语句的程序段：S1：axyS2：ba5S3：Cb1(其中S2必须在a被赋值以后才能执行；同样S3也只能在b被赋值 以后才能执行),皮肾际睹悉银乱放失邀独枯锡悸则昌拟频我隔臭翱狡芹待遥海苟升悼挫瞒第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,2、程序顺序执行时的特征,顺序性处理机的操作，严格按照程序所规定的顺序执行，即只有前一操作结束后，才能执行后继操作。封闭性（失去交换性）程序是在封闭的环境下运行的。即程序在运行时，它独占全机资源，因而机内
4、各资源的状态（除初始状态外），只有程序才能改变它。程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素的影响。可再现性只要程序执行时的环境和初始条件都相同，不论它是从头到尾的不停顿的执行，还是“走走停停”地执行，都将获得相同的结果。,煮黎贮莎邀踊姬济裤壶哎涛晾情旷魏俩就诛虱句方蝶灾岁涨乓曾儿稼狂晰第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,3.多道程序的并发执行,计算机能够同时处理多个具有独立功能的程序（批处理系统，分时系统、实时系统、网络与分布式系统）。这样的执行环境具有三个特点：独立性 随机性资源共享硬件资源：CPU、输入输出设备，存储器软件资源：各种例行程序、各种共享的数据多道程序环境下执行程序的道数
5、计算机系统中CPU的个数单CPU中，则由N1道程序处在等待CPU的状态输入输出设备有限将导致这些设备被共享、内存有限将导致内存被共享,汾叶田空杯萍胰轿馈池致亡渡迹纽脱斩从瘁茵磕咳周叉阮放伪钻御布拿秉第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,程序并发执行可分为两种：,多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行 由于资源有限，多道程序的并发执行总是伴随着资源的共享与竞争，制约了各道程序的执行速度。在某道程序段中，包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码 例如：read（a）；read（b）；既可以同时执行，也可以颠倒次序执行，同时执行不会改变顺序程序所具有的逻辑行为，可采用并发执
6、行来充分利用资源。,座惩伞顺味虞擎遮灿佑以噶栓戍筑倪椽僵撬岭忻检唇漳会刽肆咽午显借归第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,程序并发执行,一组逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上相互重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。,瘦酷季柔淮谦亚跌他胶妹之蘑耍雇匝讨轧昭贝襄萧况鬼然姓燕突史督茸另第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,程序的并发执行,程序并发执行时的前驱图,骏杰混炬斗肛准赵咀棱伊舞杭砂芍舰酒宾簧岭率寡制炎孜赠绽触钾俊洞簇第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,4.程序并发执行时的特征,间断性程序在并发执行时，由于它们共享
7、资源或为完成某一项任务而合作，致使在并发程序之间存在相互制约的关系。(I、C、P是三个相互合作的程序，当计算程序完成Ci1的计算后，如果输入程序I尚未完成对Ii的处理，则计算程序无法进行Ci处理，致使计算程序在停运行。)失去封闭性程序在并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性。,檀盼里百椽绦谷概岛屎污祖乎拣属璃从出咸兹溯献煽嘎钠困滁皑哥感陌盏第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,4.程序并发执行时的特征(续),不可再现性 程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也导致失去了可再现性。例如：有两个循环程序A和B，它们共享一个变量
8、N。程序A每执行一次时都要做NN1操作；程序B每执行一次时，都要做print（N）操作，然后再将N置成“0”，程序A和B以不同的速度运行。（假定某时刻变量N的值为k）（1）NN1在print（N）和N0之前，此时得到的N值分别为（2）NN1在print（N）和N0之后，此时得到的N值分别为（3）NN1在 print（N）和N0之间，此时得到的N值分别为,k1，k1，0k，0，1k，k1，0,户篮茂妆宅苗迁乌萧历拭耍演姐藉堑畸蔷名剿慧射俘俗抡沛段调颗琉谢殉第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,5.程序并发执行的条件,1966年，Bernstein(伯恩斯坦)提出了相邻语句P1，P2可以并发执
9、行的条件。如果并发执行的各程序段中语句或指令满足Bernstein的条件，则认为并发执行不会对执行结果的封闭性和可再现性产生影响。,殴萝盟错泣师望佯真闺格察朽斋盼伞仙辐摩常龄凡些啡曝莹饱总皋徐蘑花第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,定义程序读集与写集符号,R(Pi)=a1,a2,am 表示程序Pi在执行期间需引用的变量的集合,称Pi的读集;W(Pi)=b1,b2,bm 表示程序Pi在执行期间需改变的变量的集合,称Pi的写集;若有两条语名P1:c=a+b;P2:x=x+1;则它们的读集与写为:R(P1)=a,b W(P1)=c R(P2)=x W(P2)=x P1的读集与写集的交集为空;P
10、2的读集与写集的交集非空;R(P1)W(P1)=R(P2)W(P1)=x,襟恐逾卑恬黔聋潮斗挞匿欲陛暗父甚卢恤指阁井乒汀乒裂批弟冠着欧祟炙第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,Bernstein条件,若两个程序P1和P2能满足下述条件,它们便能并发执行,否则不能R(P1)W(P2)R(P2)W(P1)W(P1)W(P2)=,R(P1)W(P2)R(P2)W(P1)W(P1)W(P2)=即 R(P1)W(P2)=W(P1)R(P2)=W(P1)W(P2)=同时成立,广士党各别拭钝梗宠吾歪晤哟诱厅酚帆保蕉锤假越最履费调补驮诊柳惠甫第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,例1,若有两条语句P1
11、:cab和P2:wc1，判断它们是否可以并发执行？解：它们的“读集”和“写集”分别为 R(P1)a,b；W(P1)c R(P2)c；W(P2)w R(P1)W(P2)=R(P2)W(P1)=c 所以：两条语句不能并发执行。,睫痪硝剪纱疚梭揍眯迄窃皱裂万辜那联寻序赊骸琉诵拙施肌铝秒嗽庸短事第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,同一语句的“读集”和“写集”的交集是空集。R（cab）W（cab）=R（wc1）W（wc1）=,同一语句的“读集”和“写集”也可能相同（交集不为空）例如计数语句：xx1 读集和写集相同 R（xx1）W（xx1）x,所沧鳖攒姻首传兵钠樊淄蜘圈鹿茁渺京电氯拣粪嫡述俗您烷貉境
12、做蛀巨晌第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,例：下述四条语句,S1：ax+yS2：bz+1S3：ca+bS4：wc+6,R(S1)=x,y W(S1)=a;R(S2)=z W(S2)=b;R(S3)=a,b W(S3)=c;R(S4)=c W(S4)=w;,圆关护壶帝谷捶像璃番膳并积肉采筛捷汝陡机哈锌翅乍弦譬炳忠吹唤林毅第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,程序顺序执行、并发执行特征比较,程序的顺序执行 程序的并发执行 1 顺序性 1 间断性 2 封闭性 2 失去封闭性 3可再现性 3 不可再现性,祭康搜定凭余脱针草寺咕答凝浇理住话煞王疹维爷瘟些瞧己道怠敢蒜否淑第二章进程描述与控制第
13、二章进程描述与控制,进程的定义,进程有许多各式各样的定义（1）进程是可以并发执行的计算部分（2）进程是一个独立的可以调度的活动（3）进程是一个抽象的实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源（4）行为的规则叫程序，程序在处理机上执行的活动称为进程。（5）一个进程是一系列逐一执行的操作，而操作的确切含义则有赖于以何种详尽程度来描述进程。,硫涪旨陋沉纸酒菱矿庭赦硼贴蜗吕醚鞭挫诉鹊萝锁僻奄藕窍载彦侥迹琵疏第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,我国对进程的定义,进程：一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行过程。在处理机上的执行过程和分配资源的基本单位在这里，程序指一组操作序列，而数
14、据集则是接受程序规定操作的一组存储单元的内容。,涩筏谴笋裳粳嗡癣脱砍押瞒肯承铣粥狂蜀松宵鸭辉淤舷灼逢孩鼓使嫂当彩第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程和程序的区别,动态性,进程的实质是程序的一次执行过程,它由“创建”而产生,由“调度”而执行,因得不得资源而暂停执行,最后由“撤销”而消记亡,是有一定的生命期,而程序只是指令的集合,本身无运行的含义,是静态的。并发性，并发性是进程的重要特征，引入进程的目的正是为了使其程序和其它程序并发执行；而程序(没有建立进程)是不能并发执行的。独立性，是指进程一个能独立运行、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，都不能作为一个独立的单位参
15、加运行。异步性，各进程各自以独立的、不可预知的速度向前推进。,沂衡痕颁阂啤摆晦朝直锡忍信戮咀讼昨搏挟荐候古帮体侈张巴绑央芋夺距第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程的三种基本状态（Process State）,就绪(Ready):万事具备，只欠东风（被执行）.执行(Running)占有CPU.阻塞(Blocked/Waiting)进程因为等待某事件的发生（如I/O完成），不能继续执行.,柒亡玄娇糖疽左标特哪氨滥珊干香堰癸妆域塔绸柴殊垮蛤居舌僚涣河硝泞第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程3种状态间的转换,就绪-执行执行-就绪执行-阻塞阻塞-就绪,将学归跑祟猪术翻籍愿敏冕兢横纳霖
16、呼虾来酿校闰鼠入刨膘隆故莎檀酿垂第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程基本状态图diagram of process state,等待事件,事件发生,进程调度,进程创建,进程撤消,柒划震责砸话丛网油各浇罢蕾右钳覆讥机栏夏忠涩亢荤壤示僳斯隋土置虹第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,挂起功能的引入,对换的需要为缓解内存紧张的情况，将内存中处于阻塞状态的进程换至外存上，使进程处于一种有别于阻塞状态的新状态。系统负荷调节的需要系统中负荷过重，资源数目相对不足时需要挂起一部分进程以调整系统负荷。终端用户的需要用户检查自己作业执行情况和中间结果时，因同预期结果不符而要求挂起进程以便进行检查和
17、改正。,棵砰傣太搔镣黑拔廖调累垂闪晒募近悦录斤溯喻镀崎发档危坛议够磋核攘第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程的5种状态,活动就绪(Ready_Active)静止就绪(Ready_Static)执行(Running)活动阻塞(Blocked_A)静止阻塞(Blocked_S),掏契靛顿舷蔽洛蓑钝导目轰拟饱跳可柬拴讣忧脖沟睹家歉擒季哑葛渴霜域第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程5种状态间的转换图,促掇壁黍武沽长漂恳绿芥础缀幽陨望幻凑愤命清淤澄急欢帛缮琶冒淑突挚第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程描述,操作系统的控制结构进程的结构描述PCB的结构PCB的组织形式,河鸭营
18、睬渺溃么击斧享侄迪榷哟耍玖入窑驳钞绰排银枣整组钓剑懒诉格淌第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程和资源的关系,哩酷椒瑶拜疼隋舍籍哄闭蜂吗儒湃崭嫂株哦棱待闲蜂洁烃涧驱莉俞刮痊沦第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,操作系统的控制结构,为掌握每一个进程和资源的当前状态信息,OS为每个被管理的对象建立并维护一张信息表,称为操作系统控制表,包括内存表输入/输出表文件表进程表,蜜咆躁诅卑隧泡涣颁宋智于束杖蟹釉缎逆邢耗谋声搞桨闭史融药枉正抑诅第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程的主要组成部分,进程控制块(PCB)程序数据系统栈,寒剩丛叛戮蛛矽窥辱扛寝赵缮棒苹涅佛失步蔽爱辖扫茧琵开峰岗
19、釜酷妻瞻第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程上下文,上文:已执行过的进程指令数据在寄存器和栈中的内容正文正在执行的下文待执行的进程指令数据在寄存器和栈中的内容,悦赊干任酌塘典聂粒收聚孟火岗呀诫潍坑阻娶窟江齿挖囤阉棋曰迎久羹赦第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,机器指令与寄存器,通过DEBU了解机器指令理解寄存器,缠牵烬榆擂封焕枯促炼麦袱藩署粮信陛嘲测撼檀谗频霸湾观魄贡逃逊渐腐第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,译受憾侨几墓鸭名唱淬装雄厉乱窑亦棒茶琶谎殿痪狱饺彬刀障多枝咐桅萍第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,CPU现场保护的必要性,mov ax,3add ax,1m
20、ov 010B,ax,mov ax,5add ax,bxmov 020C,ax,CPU,AX,BX,CX,进程A,进程B,筐壶稿厘胸票有褪皮慢榆托推舷耳通孩榨糖房氯懒札咸介捂亲犁寸割征邱第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,Process Control Block(PCB进程控制块),OS为了管理、控制进程，设置PCB，存储进程相关信息Process number 进程标识符Process state 进程现行状态Program counter 程序计数器CPU registers 寄存器值CPU scheduling information调度信息Memory-management i
21、nformation 存储管理信息Accounting information记帐信息I/O status information I/O状态信息，如打开的文件,烫字务订椭圈镶腻涅霸绸兽霜责昨楚挪襄湾责压舰玖潮缎粥戴篷锌赃纸愁第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程控制块的组织形式:链接方式,希泅嚎咏迢故榆灾创咀匀瓮搔饮悦彰汾嫩们拇敞亢描拓讽屏幻好含旱馒苛第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程控制块的组织形式:索引方式,醉构醇炽睡妙蔽煮己为县筹警韭到桶胎卉耐迈万虱疑介杜猿逗排锨喳斟婆第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,进程在各队列间迁移,方块表示队列，圆圈表示资源,览逮防攫象绝争主胸哥涝吧闽耀菩帧己逃祭琼宝炕在嘛窿盗彭最解没梅换第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,CPU Switch From Process to Process,赘插政咒毙亿已韵奏翅矩金彦常租咕沃软雷辜毫船器狞贡微泛制盏哟曾叹第二章进程描述与控制第二章进程描述与控制,
