操作系统进程管理2PPT课件
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计算机操作系统课件第2章 进程管理
进程的三种基本状态
就绪状态 执行状态 阻塞状态
万事俱备，就差CPU
正在CPU上运行 等待事件，无法运行
新状态和终止状态
新状态是一个进程刚刚建立，但还未 进入就绪队列的状态； 终止状态是当一个进程已经正常或异 常结束，OS已经将它从就绪队列中 移出，但尚未被撤销时的状态； 在进程管理中，新状态和终止状态是 非常有用的。
进程激活的过程
系统利用激活原语active( )将指定进程 激活； 静止就绪→活动就绪 静止阻塞→活动阻塞
进程同步
进程同步的主要任务，是使并发执行的多个 进程之间能有效地共享资源和互相合作，从而使 程序的执行具有可再现性。
进程间存在的两种关系
资源共享关系 互相合作关系
临界资源与临界区
临界资源：一次仅允许一个进程使用 的共享资源，如打印机、磁带机、共 享变量等 临界区：在每个进程中访问临界资源 的那段程序，简称CS区
生产者—消费者举例
1
······
out指针
in指针
n
设置整型变量counter，记录可以消 费的消息数。设它的初值为5。
执行举例
P1: register1=counter;
C1: register2=counter;
P2: register1=register1+1; C2: register2=register2-1;
信号量机制
1965年，荷兰计算机学家Dijkstra 提出了一种卓有成效的进程同步工具— —信号量机制。在应用中，信号量机制 又发展为信号量集机制，现在已被广泛 应用于单处理机和多处理机以及计算机 网络中。
整型信号量
Dijkstra最初将信号量定义为依个整 型量，除初始化外，只能通过两个标准 原子操作wait(s)和signal(s)来访问。这 两个操作被称为P、V操作。可描述为： wait(s): while s≤0 do no_op;
操作系统原理第二章进程管理122页PPT
操
W（c = a – b ）= { c }
作 系
R（w = c + 1 ）= { c }
统 |
W（w = c + 1 ）= { w }
进 程
R（w = c + 1 ）∩ W（c = a – b ）= { c }
管
理
语句 c = a – b 和 w = c + 1 不能并发执行。
12
CUIT 叶斌
07:14
管
理
前
中间
后
打印
6
5
5
8
执行后N= 0
0
1
CUIT 叶斌
07:14
2.1 前趋图和程序执行
例3．设有堆栈S，栈指针top ，栈中存放相应的数 据块地址，程序 popaddr（top）从栈中取地址， pushaddr（blk）将地址放入栈S中。
操
作 void popaddr (top) {
系 统
top --;
操
n 个用户共同使用。
作 系
由系统进行统一分配（硬件）和由程
统
序自行使用（数据集，变量、队列等）
| 进
程序并发执行与资源共享之间互为存
程
在条件。
管
理
14
CUIT 叶斌
07:14
2.1 前趋图和程序执行
程序并发执行的特点
失去程序的封闭性和可再现性
程序与计算不再一一对应
操
程序并发执行的相互制约
操
提供服务
作 系
应用请求(应用程序创建)
统
创建过程 Create()
| 进
申请空白PCB：新标识和PCB
第2章 操作系统进程管理PPT课件
8
2.1.2 程序并发执行及其特征 ■ 程序并发执行概念
下一步 前驱关系
输入：
I1
I2
I3
并行
执行顺序 并行
计算：
并行
输出：
C1
C2
C3
时间:5个Δt
P1
P2
P3
结束
t
t0 Δt t1
t2
t3
t4
t5
t6
三个程序并发执行示例 9
2.1.2 程序并发执行及其特征
■ 程序并发执行概念
● 作业吞吐量是指在给定时间间隔内所完成作业 的数量。 ● CPU的利用率。 ● 单道程序系统的缺点：资源浪费、效率低、周 转时间长等。 ● 多道程序系统的优点：资源利用率高、吞吐量 大等。
4
2.1 进程概念
2.1.1 程序顺序执行的特征 ■ 顺序程序设计
5
2.1 进程概念
2.1.1 程序顺序执行的特征
■ 顺序程序设计
6
三个程序间顺序执行
程序1：I1 C1 P1 程序2： I2 C2 P2 程序3：I3 C3 P3
输入：
计算：
输出：
I1
I2
I3
C1 P1
C2 P2
C3 P3
9个Δt 结束
A
0 Δt 1
下一步
1/8Δt = 0.125道程序/Δt
等待I/O的时间
结束
（6个Δt）
A
AI/O
t
78
11
（a）单道情况
2/9Δt = 0.222道程序/Δt
AB
0 Δt 1 2
AB
AI/O
BI/O
7 89
（b）两道情况
2.1.2 程序并发执行及其特征 ■ 程序并发执行概念
下一步 前驱关系
输入：
I1
I2
I3
并行
执行顺序 并行
计算：
并行
输出：
C1
C2
C3
时间:5个Δt
P1
P2
P3
结束
t
t0 Δt t1
t2
t3
t4
t5
t6
三个程序并发执行示例 9
2.1.2 程序并发执行及其特征
■ 程序并发执行概念
● 作业吞吐量是指在给定时间间隔内所完成作业 的数量。 ● CPU的利用率。 ● 单道程序系统的缺点：资源浪费、效率低、周 转时间长等。 ● 多道程序系统的优点：资源利用率高、吞吐量 大等。
4
2.1 进程概念
2.1.1 程序顺序执行的特征 ■ 顺序程序设计
5
2.1 进程概念
2.1.1 程序顺序执行的特征
■ 顺序程序设计
6
三个程序间顺序执行
程序1：I1 C1 P1 程序2： I2 C2 P2 程序3：I3 C3 P3
输入：
计算：
输出：
I1
I2
I3
C1 P1
C2 P2
C3 P3
9个Δt 结束
A
0 Δt 1
下一步
1/8Δt = 0.125道程序/Δt
等待I/O的时间
结束
（6个Δt）
A
AI/O
t
78
11
（a）单道情况
2/9Δt = 0.222道程序/Δt
AB
0 Δt 1 2
AB
AI/O
BI/O
7 89
（b）两道情况
操作系统OS02进程管理.ppt
主要内容：
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4
第二章 进 程 管 理
2.1. 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征 2.1.2 前趋图 2.1.3 程序的并发执行及其特征 2.1.4 进程的特征与状态 2.1.5 进程控制块
1、N:=N+1在print(N)和N:=0之前，得到的N值为n+1,n+1,0 2、N:=N+1在print(N)和N:=0之后，得到的N值为n,0,1 3、N:=N+1在print(N)和N:=0之间，得到的N值为n,n+1,0
13
第二章 进 程 管 理
2.1.4 进程的特征与状态
1.进程的特征与定义 2.进程的三种基本状态 3.挂起状态 4.创建状态和终止状态
（P3,P5）,（P4,P6）,（P5,P7）,（P6,P7）}
P2 P5
P1
P3
P7
P6 P4
具有7个结点的前驱图
6
第二章 进 程 管 理
2.1.3 程序的并发执行及其特征
1、在对一批程序进行处理时，可以并发执行。
例1：输入、计算、打印三个程序对一批作业进行处理时存 在前趋关系：
输入程序 I1 I2 I3 I4
如对语句S1和S2有： R(S1)∩ W(S2) = {Ф} W(S1)∩ R(S2) = {Φ} W(S1)∩ W(S2)= {Φ}
成立，则语句S1和S2可并发执行。
10
第二章 进 程 管 理
程序并发执行条件（Bernstein条件）
例1． 语句 c = a – b 和 w = c + 1 R（c = a – b ）= {a, b } W（c = a – b ）= { c } R（w = c + 1 ）= { c } W（w = c + 1 ）= { w } R（w = c + 1 ）∩ W（c = a – b ）= { c }
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4
第二章 进 程 管 理
2.1. 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征 2.1.2 前趋图 2.1.3 程序的并发执行及其特征 2.1.4 进程的特征与状态 2.1.5 进程控制块
1、N:=N+1在print(N)和N:=0之前，得到的N值为n+1,n+1,0 2、N:=N+1在print(N)和N:=0之后，得到的N值为n,0,1 3、N:=N+1在print(N)和N:=0之间，得到的N值为n,n+1,0
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第二章 进 程 管 理
2.1.4 进程的特征与状态
1.进程的特征与定义 2.进程的三种基本状态 3.挂起状态 4.创建状态和终止状态
（P3,P5）,（P4,P6）,（P5,P7）,（P6,P7）}
P2 P5
P1
P3
P7
P6 P4
具有7个结点的前驱图
6
第二章 进 程 管 理
2.1.3 程序的并发执行及其特征
1、在对一批程序进行处理时，可以并发执行。
例1：输入、计算、打印三个程序对一批作业进行处理时存 在前趋关系：
输入程序 I1 I2 I3 I4
如对语句S1和S2有： R(S1)∩ W(S2) = {Ф} W(S1)∩ R(S2) = {Φ} W(S1)∩ W(S2)= {Φ}
成立，则语句S1和S2可并发执行。
10
第二章 进 程 管 理
程序并发执行条件（Bernstein条件）
例1． 语句 c = a – b 和 w = c + 1 R（c = a – b ）= {a, b } W（c = a – b ）= { c } R（w = c + 1 ）= { c } W（w = c + 1 ）= { w } R（w = c + 1 ）∩ W（c = a – b ）= { c }
《操作系统》课件02 进程管理
5.异步性：（间断性）
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 2. 进程的三种基本状态 ٭就绪状态 ٭执行状态 ٭阻塞状态
I/O完成
就绪
时间片完
进程调度
阻塞
I/O请求
执行
进程的三种基本状态及其转换
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 3. 挂起状态（被换出内存的状态）
٭引入原因 ▪ 终端用户请求 ▪ 父进程请求 ▪ 负荷调节需要 ▪ 操作系统需要
第二进章程管进理 程 管 理
第二章 进程管理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信 2.6 线程 的基本概念 2.7 线程的实现
第二进章程管进理 程 管 理
2.1 进程的基本概念
2.1.1 前驱图的定义 2.1.2 程序的顺序执行 2.1.3 程序的并发执行 2.1.4 进程的定义与特征 2.1.5 进程控制块
❖ 2.进程控制块中的信息 ٭标识、处理机状态，进 程调度信息，进程控制 信息
pid 进程状态
现场 优先级 阻塞原因 程序地址 同步机制 资源清单 链接指针
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 3.PCB的组织 ٭链接
执行指针 就绪队列指针 阻塞队列指针 空闲队列指针
以静态形式给出
PCB1 4 PCB2 3 PCB3 0 PCB4 8 PCB5 PCB6 7 PCB7 9 PCB8 0 PCB9 1
❖ n++;在printf(n)；和n=0;之后，则n值分别 为5,0,1.
❖ n++;在printf(n)；和n=0;之间，则n值分别 为5,6,0.
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 2. 进程的三种基本状态 ٭就绪状态 ٭执行状态 ٭阻塞状态
I/O完成
就绪
时间片完
进程调度
阻塞
I/O请求
执行
进程的三种基本状态及其转换
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 3. 挂起状态（被换出内存的状态）
٭引入原因 ▪ 终端用户请求 ▪ 父进程请求 ▪ 负荷调节需要 ▪ 操作系统需要
第二进章程管进理 程 管 理
第二章 进程管理
2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信 2.6 线程 的基本概念 2.7 线程的实现
第二进章程管进理 程 管 理
2.1 进程的基本概念
2.1.1 前驱图的定义 2.1.2 程序的顺序执行 2.1.3 程序的并发执行 2.1.4 进程的定义与特征 2.1.5 进程控制块
❖ 2.进程控制块中的信息 ٭标识、处理机状态，进 程调度信息，进程控制 信息
pid 进程状态
现场 优先级 阻塞原因 程序地址 同步机制 资源清单 链接指针
第二进章程管进理 程 管 理
❖ 3.PCB的组织 ٭链接
执行指针 就绪队列指针 阻塞队列指针 空闲队列指针
以静态形式给出
PCB1 4 PCB2 3 PCB3 0 PCB4 8 PCB5 PCB6 7 PCB7 9 PCB8 0 PCB9 1
❖ n++;在printf(n)；和n=0;之后，则n值分别 为5,0,1.
❖ n++;在printf(n)；和n=0;之间，则n值分别 为5,6,0.
操作系统 进程管理PPT课件
第三章 进程的描述与控制
17
PCB的内容
进程描述信息：
进程标识符(process ID)，唯一，通常是一个整数 进程名，通常基于可执行文件名（不唯一） 用户标识符(user ID)；进程组关系
进程控制信息：
当前状态 优先级(priority) 代码执行入口地址 程序的外存地址 运行统计信息（执行时间、页面调度） 进程间同步和通信；阻塞原因
一个具有一定功能的程序关于某个数据集合 的一次运行活动。
进程是一个程序与其数据一道通过处理机的 执行所发生的活动
第三章 进程的描述与控制
7
进程同程序的比较
程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含 义，是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上 的一次执行过程，它是一个动态的概念。
程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有 一定生命期的。程序是永久的，进程是暂时的。
间断性 失去程序的封闭性 不可再现性
第三章 进程的描述与控制
6
2.1.2 进程的定义
进程的概念是60年代初首先由麻省理工学 院的MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360 系统引入的。进程有很多各式各样的定义， 如：
行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上 执行时所发生的活动称为进程（Dijkstra）
第三章 进程的描述与控制
16
2.1.5 进程控制块（Process Control Block）
为了描述一个进程和其它进程以及系统资源 的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期 所处的状态，人们采用了一个与进程相联系 的数据块，称为进程控制块（PCB）。
系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的
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2
1
3
4
5
7 6
Fig2-2 前趋图示例
7
.
1.2程序的顺序执行
顺序是指程序执行时，仅当前一操作完成后，才 能执行后继操作。
I1
C1
P1
I2
C2
P2
特点： ➢ 顺序性 ➢ 封闭性（运行时独占资源，与外 界封闭） ➢ 可再现性
8 .
1.3程序并发执行
1. 思想：以输入、计算、打印三个操作为例：对于某 一作业的三个操作必存在顺序关系，但多个作业之 间并不一定。其前趋图如下：
16 .
2.3进程的特征
5）结构特征：为能正确的执行并发，为每一个进程配置
了一个数据结构，称为进程控制块（PCB）。则一个进 程实体就由数据段、程序段、PCB三部分构成。
• 进程实体 = 数据段+程序段+PCB
PCB
私有 数据块
程 序 段
进程的结构
• 程序和进程不一定具有一一对应的关系。 17 .
19 .
2.5 进程的类型与区别
进程的类型
▪ 在系统中同时有多个进程存在，但归纳起来 有两大类：
▪ 1、系统进程 执行操作系统核心代码的进程。 系统进程起着资源管理和控制的作用。
▪ 2、用户进程 执行用户程序的进程。
20 .
2.5 进程的类型与区别
系统进程的特征 ➢ （1）系统进程是操作系统用来管理系统资源并
行活动的并发软件。 ➢ （2）系统进程之间的关系由操作系统自己负责。 ➢ （3）系统进程直接管理有关的软、硬设备的活
动。 ➢ （4）在进程调度中，系统进程的优先级高于用
户进程。
21 .
2.5 进程的类型与区别
系统进程与用户进程的区别：
▪ 1、系统进程被分配一个初始的资源集合，这些资源 可以为它独占，也能以最高优先权的资格使用。用 户进程通过系统服务请求的手段竞争使用系统资源；
4 .
进程的概念
进程的引入
1
进程的定义和特征
2
进程的状态及转换
3
进程的描述
4
5 .
1.进程的引入
11.1前前趋趋图图的的定定义义 1.2程序顺序执行
1.3程序并发执行
6 .
1.1前趋图的定义
前趋图是一个有向无循环图（DAG）。结点表示一条语句、一 个程序段或进程。结点间的有向边则表示在两结点间存在的偏 序或前趋关系。前趋、后继、初始结点、终止结点、重量。 （注：在前趋图中必不能存在循环）
2）并发性：一段时间内，多个进程实体在内存中可同时 运行。引入进程的目的就是为了能并发。程序不能并发。
3）独立性：进程实体是一个能独立运行、独立获得资源、 独立调度的基本单位。程序不能做为一个独立单位。
4）异步性：进程是按各自独立、不可预知的速度前进， 该特性将导致程序执行的不可再现性。因此OS中必须采取 某种措施保证协调运行。
2.4 与程序的区别
如何理解进程概念？进程与程序有何差别？
程序 输入 运行
阅读菜谱 准备原料 烹制菜肴
输出
饭菜
做饭进程
主妇
阅读洗衣机手册
程序
分时切换
准备衣服、洗衣粉 设定参数，洗衣服
输入 运行
干净衣服
洗衣进程
.
输出
18
2.4与程序的区别
1、程序是指令的集有序集合，是静态的概念。 进程是程
序在处理机上的一次执行的过程，是动态的概念。程序可 以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。 2、进程是一个独立的运行单位，能与其它进程并行（并 发）活动。而程序则不是。 3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进 行处理机调度的基本单位。 4、一个程序可以作为多个进程的运行程序，一个进程也 可以运行多个程序。
▪ 进程管理的主要功能是把处理机分配给进程以及协调各个进程之间的 相互关系。它是由进程调度程序和进程控制（控制进程状态转换）程 序这两部分内容组成的。
2 .
提纲
一 进程的概念 二 进程的控制 三 进程的同步 四 经典的同步问题
3 .
目录
▪ 进程的基本概念 ▪ 进程控制 ▪ 进程同步 ▪ 经典进程同步问题 ▪ 管程机制 ▪ 进程通信 ▪ 线程
10 .
3.例子：
1.3程序并发执行
例：有程序
A：N=N+1 ; B: print(N)； N=0 ；
设某一时刻N的初值为n，则：
若：N=N+1；PRINT(N)； N=0 ；
结果为：n+1 n+1 0
若：PRINT(N)；N=N+1；N=0 ；
结果为：n n+1 0
若：PRINT(N)；N=0；N=N+1 ；
13 .
2.2进程的定义
进程：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基本单位。 一个任务的一次执行对应一个进程。
14 .
并发性
2
2.3进程的特征
动态性
1
进程特征
5
结构特征
独立性
3
4
异步性
15 .
2.3进程的特征
1）动态性：进程最基本的特征。进程由创建产生； 由调
度执行；得不到资源而暂停；由撤消而消亡。进程是有一 定生命周期的。程序是指一组有序指令集合，是一个静态 的实体。
第三章 进程管理
Process Management
1 .
▪ 处理机管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理机的 分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序。
➢ 通常把正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内 存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管 理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机 时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。
I1
I2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
业是可以并发执行的。
9 .
1.3程序并发执行 2 特征：
间断性:因为共享资源，程序在执行时可能会走 走停停。执行—暂停执行—执行）
失去封闭性:多个程序共享系统中的各种资源因 而这些程序都可改变系统资源的状态）；
不可再现性:程序经过多次执行，即使环境初始 条件相同，但结果可能不相同.
结果为：n 0 1
11
.
2.进程的定义和特征
2.1 引入进程的目的 2.2进程的定义
2.3进程的特征 2.4与程序的区别 2.5进程的类别及特性
12 .
2.1引入进程的目的
“任务”和“任务的执行”截然不同。前者是任务 的静态描述，后者体现了任务的动态行为。静态描述和 动态行为之间不存在一一对应关系。 例：同一段正文（2kB），分别加工两批（8kB，4kB） 不同的数据，执行两次。第1次执行用打印机报告某些 出错信息，占用10kB内存；第2次执行中无出错数据， 不用打印机，但至少需要6kB主存。