进程的描述与控制讲解

信息技术教案：进程的描述与控制进程的描述与控制一、前驱图和程序执行1.前驱图的定义。

(略)2.程序顺序执行⑴程序顺序执行概念⑵程序顺序执行的特征:顺序性、封闭性、可再现性封闭性:所谓封闭性是指程序一旦开始执行,其执行过程不受任何外界因素影响。

顺序性:当程序在处理机上执行时,处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行。

确定性:其程序执行结果与执行速度、时间的无关性。

可再现性:指程序对一组数据的重复执行必得到相同的结果。

3.程序并发执行⑴程序并发执行使一个程序分成若干个可同时执行的程序模块的方法成为并发程序设计,能够并发执行的程序成为并发程序。

⑵程序顺序执行的特征:间断性、失去封闭性、不可再现性(举例说明)4.并发程序与顺序程序的比较顺序程序并发程序执行过程顺序执行并发执行程序与执行对应一一对应一个程序可对应多个执行封闭性独占资源,具有封闭性共享资源,不具有封闭性确定性具有无可再现性具有无程序间关系无有间接制约或直接制约关系5.程序并发执行的条件(保持可再现性)两段程序间无共享变量或对共享变量仅有读操作。

二、进程的描述1.进程的引入和定义⑴进程引入的原因进程:操作系统中最基本、最重要的概念多道程序设计出现以后,为了刻划系统内部出现的情况,描述系统内部各作业的活动规律引入的。

多到系统的特点:并行性、程序间的制约、动态特征程序是静态的,不能并行⑵进程的定义通用定义:(举例解释)⑶进程的特征:动态性、并发性、独立性、异步性、结构特征⑷进程和程序的区别与联系区别:进程是一动态概念,而程序则是一静态概念。

程序是指令的有序集合,永远存在,进程强调的是执行,是程序在数据集上的一次执行,有创建有撤销,存在是暂时的;进程具有并发性,而程序没有;进程是竞争计算机资源的基本单位,程序不是。

联系:进程是程序在数据集上的一次执行;一个程序可对应多个进程,一个进程可包括多个程序。

2.进程的基本状态:⑴进程的三种基本状态:(引入状态的原因)等待态:就绪态:运行态:进程的状态不断发生变化,但任何时候都要处于某种状态。

【操作系统】《计算机操作系统》汤⼩丹第2章进程的描述和控制博主：海底淤泥1.什么是前趋图？为什么要引⼊前趋图？ 前趋图：⼀个有向⽆循环图，它⽤于描述进程之间的先后顺序 作⽤：更好描述程序的顺序和并发执⾏情况2.试画出下⾯四条语句的前趋图S1:a=x+y S2:b=z+1 S3:c=a-b S4:w=c+1 S1->S3 S2->S3 S3->S43.为什么程序并发执⾏会产⽣间断特征？ 程序在并发执⾏时，由于它们共享系统资源，以及为完成同⼀项任务相互合作，⾄使在这些并发程序之间形成了相互制约的关系4.程序并发执⾏时为什么会失去封闭性和可再现性？ 失去封闭性：当系统存在着多个可以并发执⾏的程序时，系统中的各种资源将为它们所共享，⽽这些资源的状态也由这些程序来改变，导致其中任意程序运⾏时，其环境都必然会受到其他程序的影响。

失去可再现性：程序并发执⾏时，由于失去了封闭性，其计算结果必然将与并发程序的执⾏速度有关，从⽽使程序的执⾏失去了可再现性5.在操作系统中为什么要引⼊进程的概念？它会产⽣什么影响？ 为了使程序并发执⾏，并且可以对并发执⾏的程序加以描述和控制，⼈们引⼊了“进程”的概念。

影响：使程序并发执⾏，进程实体和其他进程实体并发执⾏6.试从动态性、并发性、和独⽴性上⽐较进程和线程 动态性：进程实体有⼀定⽣命期，是动态的；⽽程序是⼀组有序指令集合，并存放在某种介质上，其本⾝不具有活动意义，是静态的 并发性：进程可以并发执⾏，没有PCB的程序是不能并发执⾏的 独⽴性：进程实体是⼀个能独⽴运⾏，独⽴获得资源和独⽴接受调度的基本单位。

未建⽴PCB的程序不能作为⼀个独⽴的单位参与运⾏7.试说明PCB的作⽤具体表现在什么⽅⾯，为什么说PCB是进程存在的唯⼀标志？ PCB描述进程是基本情况和活动过程，进⽽控制和管理进程。

创建进程：创建进程实体的PCB 撤销进程：撤销进程实体的PCB8.PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息？1.进程标识符2.处理机状态3.进程调度信息4.进程控制信息9.进程控制块的组织⽅式有哪⼏种？1.线性⽅式2.连接⽅式3.索引⽅式10.何谓操作系统内核？内核的主要功能是什么？ 通常将⼀些硬件紧密相关的模块、各种常⽤设备的驱动程序以及运⾏频率较⾼的模块，都安排在紧靠硬件的软件层次中，将它们常驻内存，被称为操作系统内核 功能：1.对重要软件进⾏保护，防⽌遭到其他程序的破坏 2.提⾼OS的运⾏效率11.试说明进程在三个基本状态之间转换的经典原因 就绪->执⾏：进程调度 执⾏->就绪：时间⽚完 执⾏->阻塞：I/O请求 阻塞->就绪：I/O完成12.为什么要引⼊挂起状态？该状态有哪些性质？ 原因：1.终端⽤户的需要 2.⽗进程的请求 3.负荷调节的需要 4.操作系统的需要 性质：1.若程序正在执⾏，将暂停执⾏ 2.若原本处于就绪状态，则该程序不接受调度13.在进⾏进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？1.通⽤寄存器2.指令计数器3.程序状态字PSW4.⽤户栈指针14.试说明引起进程创建的主要事件。

第⼆章、进程的描述与控制第⼆章、进程的描述与控制2.1 前趋图和程序执⾏2.1.1 前趋图概念：所谓前趋图：指⼀个有向⽆循环图（DAG）,它⽤于描述进程之间执⾏的先后顺序。

2.1.2 程序顺序执⾏特征：顺序性封闭性：指程序在封闭的环境中运⾏，程序运⾏时独占全机资源，资源的状态只有本程序才能改变，程序⼀旦开始执⾏，其执⾏结果不受外界因素影响可再现性：只要条件相同还会得到相同的执⾏结果。

2.1.3 程序并发执⾏特征：间断性失去封闭性不可在现性2.2进程的描述2.2.1 进程的定义和特征定义为了使程序并发执⾏，并且可以对并发执⾏的程序加以描述和控制，⼈们引⼊了进程的概念。

为了使参与并发执⾏的每个程序都能独⽴运⾏，在操作系统中必须为之分配⼀个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。

系统利⽤PCB 来描述进程的基本情况和活动过程，进⽽控制和管理进程。

因此进程的定义为：由程序段、相关的数据段和由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成的进程实体。

⽐较典型的定义有：进程是程序的⼀次执⾏进程是⼀个程序及其数据在处理机上顺序执⾏时所发⽣的活动进程是具有独⽴功能的程序在⼀个数据结合上运⾏的过程，它是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位。

进程的特征动态性并发性独⽴性异步性2.2.2 进程的基本状态以及转换进程三种基本状态由于多个进程在并发执⾏时共享系统资源，致使他们在运⾏过程中呈现间断性的运⾏规律，所以进程在⽣命周期内可能具有不同状态。

⼀般⽽⾔，每个进程⾄少应处于以下三种基本状态：就绪（Ready）状态指进程已处于准备好运⾏的状态，即进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU就可以⽴即执⾏。

如果有多个就绪状态的进程。

就绪队列通常按照⼀定的策略排成⼀个队列，称该队列为就绪队列执⾏(Running)状态指进程已经获得CPU，其程序正在执⾏的状态。

在单处理机系统中，只有⼀个进程处于执⾏状态，⽽多处理机系统则有多个进程处于阻塞（Block）状态指正在执⾏的进程由于发⽣某事件（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时⽆法继续执⾏时的状态，即进程的执⾏受到了阻塞。

进程的控制方法进程是计算机中最基本的资源单位，它是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。

为了合理有效地控制进程，提高计算机系统的性能和可靠性，我们常常需要采取一些控制方法。

本文将介绍几种常见的进程控制方法。

一、进程的创建和终止控制1. 进程的创建进程的创建是指在系统中生成一个新的进程。

常见的进程创建方法有：（1）父进程创建子进程：父进程通过调用系统调用（如fork()）创建一个新的子进程，子进程会继承父进程的资源和状态，然后可以执行不同的程序段。

（2）系统初始化创建进程：系统启动时，会自动创建一些特殊的进程，如init进程（在Linux系统中）。

2. 进程的终止进程的终止是指进程执行完毕或被强制终止。

常见的进程终止方法有：（1）正常终止：进程执行完毕后，会自动终止，并释放占用的资源。

（2）异常终止：进程在执行过程中遇到错误或异常情况，导致无法继续执行，会被强制终止。

二、进程的切换控制进程的切换是指在多道程序环境下，由于资源有限，系统需要在多个进程之间进行切换，以实现并发执行。

常见的进程切换方法有：1. 抢占式调度抢占式调度是指操作系统通过时钟中断等方式，强制挂起正在执行的进程，并将CPU分配给其他可执行的进程。

这种调度方式可以实现公平性和高效性，但需要考虑进程切换的开销。

2. 非抢占式调度非抢占式调度是指进程只有在主动放弃CPU时，才会被操作系统挂起。

这种调度方式可以减少进程切换的开销，但可能导致某些进程长时间占用CPU，影响其他进程的执行。

三、进程的同步和通信控制进程的同步和通信是指多个进程之间通过共享资源或消息传递等方式进行合作和协调。

常见的进程同步和通信方法有：1. 互斥锁互斥锁是一种用于实现进程互斥访问共享资源的机制。

当一个进程需要访问共享资源时，它必须先获得互斥锁，其他进程则需要等待锁的释放。

2. 信号量信号量是一种用于实现进程同步和互斥的机制。

通过对信号量的P 操作和V操作，进程可以实现对临界资源的互斥访问和同步执行。