2.進程

進程管理

• 進程的基本概念
• 進程與程序的區別
• 進程控制
• 進程同步
• 進程通訊
• 線程

進程的基本概念

• 程序在併發環境中的執行過程
• 資源分配和獨立運行的基本單位

程序的順序執行

一個有4條語句的程序段：

S1：a:=x+2;

S2: b:=y+4;

S3: c:=a+b;

S4: d:=c+b;

程序順序執行的特徵

• 順序性
• 封閉性
• 可再現性

順序性

處理機的操做嚴格按照程序所規定的順序執行，即每個操做必須在下一個操做以前結束。

封閉性

程序在封閉的環境下執行，結果不受外界因素的影響。

可再現性

只要環境和初始條件相同，程序重複執行時總獲得相同結果。

程序的併發執行

一個有4條語句的程序段：

S1：a:=x+2;

S2: b:=y+4;

S3: c:=a+b;

S4: d:=c+b;

S1和S2能夠同時執行-》S3-》S4

程序併發執行的特徵

• 間斷性 共享、合做、制約致使，執行->暫停->執行
• 失去封閉性 資源狀態由多程序改變
• 不可再現性 相同環境和初始條件， 重複執行，結果不一樣

程序A

L1:
    N:=N+1
goto L1

程序B

L2:
    PRINT (N)
    N:=0
goto L2

設共享變量N初始值爲5，則會產生3種執行結果：

6,6,0
5,0,1
5,6,0

進程的特徵

• 結構特徵
• 動態性
• 併發性
• 獨立性
• 異步性

進程的結構	功能描述
進程控制塊（PCB）	動態特徵的集中反映
程序段	描述要完成的功能
數據段	操做對象及工做區

動態性

• 進程最基本的特徵是動態性
• 進程的生命週期：

進程由建立產生，由調度而執行，由撤銷而消亡的過程。

併發性

多個進程同在內存中，且能在一段時間內同時運行。

獨立性

進程是一個能獨立運行、獨立分配資源、獨立接受調度的基本單位

異步性

進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推動

進程的定義

進程是進程實體的運行過程，是系統進行資源分配和調度的基本單位。

進程和程序的關係

（1）進程是一個動態概念，程序是一個靜態概念

（2）進程具備並行特徵，程序沒有

（3）進程是競爭資源的基本單位

（4）一個程序對應多個進程，一個進程爲多個程序服務。

進程的三種基本狀態

• 就緒狀態
• 運行狀態
• 阻塞狀態

就緒狀態

• 進程已經分配了除處理機之外的全部必要資源，只要再得到處理機就能執行的狀態
• 這樣的進程能夠有多個，一般排成一個隊列，稱就緒隊列。

執行狀態

• 已經得到CPU，正在運行
• 在單處理機系統中，只有一個進程處於執行狀態。多處理機系統則有多個處於執行狀態。

阻塞狀態

• 正在執行的進程因爲發生了某事件而暫時沒法繼續執行時，放棄處理機而進入的狀態，又稱等待狀態
• 引發阻塞的事件：請求I/O，申請緩存。

掛起狀態

• 引入緣由

（1）終端用戶請求
（2）父進程請求
（3）負荷調節須要（通常在實時操做系統中使用）
（4）操做系統的須要

掛起引發的狀態轉換

靜止狀態（掛起狀態）
活動狀態（非掛起狀態）

引入掛起概念後，原先的進程的三種狀態就變成了5種：

（1）執行
（2）活動就緒
（3）靜止就緒
（4）活動阻塞
（5）靜止阻塞

進程控制塊

Process Control Block

• PCB是OS中最重要的記錄型結構
• OS用PCB對併發進程進行管理和控制
• PCB是進程存在的惟一標誌
• PCB常駐內存
• PCB專門開闢PCB區將全部的PCB組織成若干個鏈表或隊列

結構體（structure）

• for example:一個學生的天然信息（姓名，性別，年齡，生日……）

PCB中的信息

（1）進程標識符

（2）處理機狀態

（3）進程調度信息

（4）進程的控制信息

進程標識符

（1）內部標識符

進程惟一的數字編號，給OS使用

（2）外部標識符

由字母、數字組成，給用戶使用

處理機狀態

• 處理機中的主要寄存器

（1）通用寄存器8~32個，暫存信息用

（2）指令計數器 要訪問的下一條指令的地址

（3）程序狀態字PSW 條件碼、執行方式、中斷屏蔽標誌

（4）用戶棧指針 用戶進程擁有的系統棧，存放過程和系統調用參數及調用地址。

進程調度信息

• 進程狀態
• 進程優先級
• 與調度算法有關信息
• 事件 如：阻塞緣由

進程控制信息

• 程序和數據地址
• 進程同步和通訊機制
• 資源清單：除CPU以外的所需資源與已經分配資源清單
• 連接指針：本進程PCB所在隊列的下一個地址

PCB的組織方式

（1）連接方式

把統一狀態的PCB，用其中的連接字連接成一個隊列。如，就緒隊列、阻塞隊列（根據不一樣阻塞緣由）、空白隊列。

（2）索引方式

創建就緒索引表、阻塞索引表等。把索引表在內存的首地址放在內存的專用單元中。

連接方式

索引方式