2019年全国计算机等级考试四级复习纲要：进程管理
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2019年全国计算机等级考试四级复习纲要：进程管理
二、进程管理
1.程序、进程和处理器
程序是指令的集合，每一程序完成确定的任务。
在只允许一个程序
运行的系统（称为单道系统）中，这个程序独占系统资源，而系统按
程序的指令顺序运行，程序的顺序执行有两个基本特征，即程序的封
闭性和程序的可再现性。
封闭性是指程序运行时独占系统资源，只有
程序本身能改变系统的状态;可再现性是指程序运行不受外部因素影响，只要初始条件相同，运行结果就相同。
多道程序系统让多个程序在系
统中轮流运行，当一个程序不用处理器时，另一个程序就使用。
也就
是说，处理器在程序间切换，从而获得宏观上的并行（微观上的串行），以提升处理器的利用率。
这种切换，通常是由中断引起的。
因
为中断是以不可预测的次序发生，即程序的指令序列也以不可预测的
次序前进，这样就会产生操作系统的另一特性：不确定性。
即在多道
程序系统中，顺序程序的封闭性和可再现性消失了。
需要采用一个新
的概念———进程来描述程序的执行，进程是运行中的程序。
2.进程间的通信
在操作系统中，进程是能够独立运行的程序单位，系统中的各个进
程并不是相互隔离的：一方面它们相互竞争使用有限的资源，如处理器、存储器、设备或文件等;另一方面，它们可能相互协作以达到用户
作业预期的目的。
所以，进程之间需要某种形式的通信。
进程之间直
接发生联系的称为相交进程（又称相关进程），否则为不相交进程。
相交进程需要协调彼此间的相对运行速度，存有着直接制约的关系。
不相交进程之间的联系将表现在资源使用上的间接制约关系。
（1）互斥多道系统中，各进程能够共享各类资源，但有些资源却一
次只能供一个进程使用。
这种资源常常称为临界资源，如打印机、公
共变量、表格等。
互斥是要**临界资源在某一时刻只被一个进程访问。
（2）同步一般一个进程相对于另一个进程的速度是不可预测的，也
就是说，进程之间是异步运行的。
为了成功地协同工作，相关进程在
某些确定的点上理应同步它们的活动：一个进程到达了这些点后，除
非另一进程已完成了某个活动，否则就停下来，以等待该活动结束。
（3）死锁当若干进程竞争使用资源时，可能产生下述情况：每个进
程要求的资源都已被另一进程占用，于是也就没有一个进程能继续运行。
这种情况称为死锁。
3.信号量与P，V操作
用顺序程序设计技术处理同步与互斥是十分困难的，为此引入信号
量概念：信号量是一种特殊的变量，它的表现形式是一个整型变量及
相对应的队列：除了设置初值外，对信号量只能施加特殊的操作：P操作和V操作，P操作和V操作都是不可分割的原子运行，也称为原语（有时分别记为down（）和up（）或wait（）和signal（））。
P操作的作用是将信号量S的值减1，若S的值成负数，则调用P操作的进程暂停执行，直到另一个进程对同一信号量作V操作。
V操作的作用是将信号量S的值加1，若S的值小于等于0，从相对应队列（关于S的
队列）中选一个进程，唤醒它。
（1）互斥为了保护共享资源（如公共变量等），使它们不被多个进
程同时访问，就要阻止这些进程同时执行访问这些资源的代码段，这
些代码段称为临界区，这些资源称为临界资源。
对临界资源访问的互
斥要求可视作执行临界区的互斥要求。
利用信号量能够方便地实现互
斥临界区的管理要求。
例如，令信号量mutex的初值为1，于是临界区就改写成下列形式的代码段。
P（mutex）;临界区V（mutex）;因为mutex初值为1，P、V是原子操作，确实能够实现互斥。
（2）同步最简单的同步形式是：进程A在另一个进程B已到达点L2以前，不应前进到超过点L1。
对此，能够令信号量proceed初值为0，实现这种同步的程序形式是：进程A L1：P（proceed）; … …进程
B L2：V（proceed）; … …更复杂一点的同步问题是单缓冲的生产者、消费者问题。
4.高级通信原语
P、V操作是用来协调进程间关系的，编程较困难而且没有信息交换，故常称为低级通信原语。
此外，P、V操作必须有共享存储器，而高级
通信原语则提供两种通信方式：有缓冲区的通信和无缓冲区的通信。
（1）有缓冲区的通信方式中，有原语：
Write（Buffer_Name，Variable）等缓冲区空再存入
Read（Buffer_Name，Variable）等缓冲区满再取出
（2）无缓冲区的通信，又称为消息传递，有原语：
Send（Who，Message）发送消息给指定进程或一组进程
Receive（Who，Message）从约定进程接收消息有的系统还提供带
标记的发送，有Send（Who，Message，Tag）用Tag可指定发送进程是否要等待接收进程取到内容以后再继续运行。
一般接收者总是要等待
消息到达后才继续运行。
