【正文】 指令多數(shù)據(jù)流） 共享存儲器 （緊耦合） 分布式存儲器 （松耦合） MSP（主 /從） SMP（對稱多處理） 集群 并行處理器體系結(jié)構(gòu) 6 在多用戶的多道程序設(shè)計環(huán)境中，計算機的指令必須分為兩 類： 特權(quán)指令和非特權(quán)指令 特權(quán)指令： 指令系統(tǒng)中僅由 OS 使用的指令，不允許一般用戶使用，否則可能使系統(tǒng)陷入混亂。用戶只能使用非特權(quán)指令。 當(dāng)處理機處在目態(tài)中，不可使用特權(quán)指令。 PSW ––– 程序狀態(tài)字，指示處理機狀態(tài)。 16 中斷的概念 ? 中斷源： 引起中斷的事件 ? 中斷裝置： 發(fā)現(xiàn)中斷源并產(chǎn)生中斷的硬件 ? 中斷機制的共性：當(dāng)中斷事件發(fā)生后， 它能改變處理器內(nèi)操作執(zhí)行的順序，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)實現(xiàn)并發(fā)性的基礎(chǔ)之一。 ? 不同的中斷具有不同的中斷優(yōu)先級，處理高一級中斷時，往往會屏蔽部分或全部低級中斷。 ?中斷裝置主要做以下三件事： ?發(fā)現(xiàn)中斷源。在本章中，我們將討論進程概念、進程控制和進程間關(guān)系。 ? 例如： 27 ? 處理機嚴格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行 ，即每個操作必須在下一個操作開始之前結(jié)束 。 I C P1的執(zhí)行必須嚴格按照 I1，C1， P1的順序，而 I2與 C1， I3與 C2, P1是可以同時執(zhí)行的。 3. 失去可再現(xiàn)性： 外界環(huán)境在程序的兩次執(zhí)行期間發(fā)生變化，失去原有的可重復(fù)特征。通常進 程不可在計算機之間遷移；而程序通常對應(yīng)著文件、靜態(tài)和可以復(fù)制。 33 處理機調(diào)度器 （ dispatcher） ? 把處理機從一個進程切換到另一個進程； ? 防止某進程獨占處理機； 處理機調(diào)度器是操作系統(tǒng)中的一段代碼，它完成如下功能： 例子：光盤（ CD、 VCD） 光盤（程序） 放光盤的活動（進程） 34 在系統(tǒng)中同時有多個進程存在 ， 但歸納起來有兩大類： 系統(tǒng)進程 －－ 系統(tǒng)進程起著資源管理和控制的作用 。 它是進程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 在創(chuàng)建時 ， 建立 PCB， 并伴隨進程運行的全過程 ， 直到進程撤消而撤消 。 在進程創(chuàng)建時由系統(tǒng)賦予 。 PCB3 PCB8 PCB1 就緒隊列頭指針 鏈指針 鏈指針 鏈指針 40 ? 總鏈指針 allqnext ? 執(zhí)行程序開始地址 startaddr ? 進程優(yōu)先級 priority 進程的優(yōu)先級反映進程的緊迫程序 ， 通常由用戶指定和系統(tǒng)設(shè)置 。 家族聯(lián)系 process family 有的系統(tǒng)允許一個進程可創(chuàng)建自已的子進程 ，子進程還可以創(chuàng)建 ， 一個進程往往處在一個家族之中 ， 就需要記錄進程在家族中位置的信息 。 （ 在系統(tǒng)中 ，總只有一個進程處于此狀態(tài) ） ? 等待狀態(tài) （ Wait) 若一個進程正在等待某個事件的發(fā)生 （ 如等待 I/O的完成 ） ， 而暫停執(zhí)行 ， 這時 ， 即使給它 CPU時間 ， 它也無法執(zhí)行 ，則稱該進程處于等待狀態(tài) 。 答案： D 48 答案： ? 進程就是程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程，它是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個基本單位。 供選擇的答案： [1][2] A、動態(tài)性 B、靜態(tài)性 C、共行性 D、并發(fā)性 E、可執(zhí)行性 F、易用性 [3] A、過程 B、數(shù)據(jù) C、進程標(biāo)識符 D、函數(shù) [4] A、 FCB B、 FIFO C、 PCB D、 JCB 49 ? 進程執(zhí)行時的間斷性，決定了進程可能具有多種狀態(tài)。 A. 就緒 運行 B. 運行 就緒 C. 就緒 阻塞 D. 阻塞 就緒 ? 在單處理機系統(tǒng)中，處于運行狀態(tài)的進程（ ）。原語是操作系統(tǒng)核心的一個組成部分，必須執(zhí)行在管態(tài)下。進程 A調(diào)用 read()，因無數(shù)據(jù)而阻塞，在 read()里未返回。由具有特定功能的原語完成。 59 60 ? 當(dāng)一個處在運行狀態(tài)的進程，因等待某個事件的發(fā)生（如等待打印機）而不能繼續(xù)運行時，將調(diào)用進程阻塞系統(tǒng)調(diào)用，把進程的狀態(tài)置為阻塞狀態(tài)，再轉(zhuǎn)入進程調(diào)度程序（等于讓出處理機）。 ? 調(diào)用進程喚醒操作一般在中斷處理 、 進程通信等過程中 。 ? 當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度新進程占有處理器時，新老進程隨之發(fā)生上下文切換。 3 寄存器上下文：由 PSW寄存器和各類控制寄存器 、 地址寄存器 、 通用寄存器組成 。 ?把被中斷進程的進程控制塊加入有關(guān)隊列 。 ?根據(jù)被選中進程恢復(fù)處理器現(xiàn)場 。 ?把用戶狀態(tài)切換到內(nèi)核狀態(tài) ， 以便執(zhí)行中斷處理程序 。 但所執(zhí)行的程序不同 ， 映射到不同物理地址空間 、 使用不同堆棧 。 ?增加父進程所打開文件的計數(shù) ， 表示新進程也在使用這些文件 。 把進程控制切換到父進程的用戶模式 ， 在 fork()點繼續(xù)運行 ， 而子進程進入 ready to run狀態(tài) 。 /*processid*/ printf(“Just one process so far\n”)。 else if(pid0) printf(“I am the parent process, child has pid d%\n”,pid)。 ? TASK_INTERRUPTIBLE：處于等待隊列中的進程 ， 一旦資源可用時被喚醒 ， 也可以由其他進程通過信號或定時中斷喚醒 。 ? TASK_SWAPPING：頁面被交換出內(nèi)存的進程 。 這樣 ， 父子進程可以有效地共享資源 。 ? 調(diào)度單位： 進程是一個執(zhí)行軌跡。 89 引入多線程技術(shù)的重要性 線程： 有時稱輕量級進程， 是進程中的一個運行實體 將原來進程的兩個屬性分開處理， 是一個 CPU調(diào)度單位， 資源的擁有者還是進程或稱任務(wù) 90 線程的概念 線程是指進程中的一條執(zhí)行路徑 ， 是系統(tǒng)進行處理器調(diào)度的基本單位 ， 同一個進程中的所有線程共享該進程擁有的主存空間和資源 。 ②后備狀態(tài)：作業(yè)的全部信息都已通過輸入機輸入， 并由操作系統(tǒng)將其存在磁盤的某些分區(qū)（存放作業(yè)的輸入井）中等待運行。 分級調(diào)度 101 作業(yè)和進程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 數(shù)據(jù) 提交狀態(tài) 完成狀態(tài) 后備狀態(tài) 執(zhí)行狀態(tài) … 輸入設(shè)備 數(shù)據(jù) 源程序 輸出設(shè)備 作業(yè)說 明書 輸 入 井 運行 等待 就緒 輸 出 井 輸 入 程 序 輸 出 程 序 作 業(yè) 調(diào) 度 進程 調(diào)度 外存 交換調(diào)度 102 高級調(diào)度 （作業(yè)調(diào)度、宏觀調(diào)度） －－按一定原則對外存輸入井上的作業(yè)進行調(diào)度，并建立進程 PCB。 中級調(diào)度 （ 交換調(diào)度 ） －－它決定允許哪些進程競爭處理機 。 104 作業(yè)是用戶向計算機提交的任務(wù)實體。 內(nèi)容：作業(yè)名 、 作業(yè)狀態(tài) 、 作業(yè)調(diào)度 ， 以及資源申請和一些控制信息 。 ④為作業(yè)開始運行做好一切準(zhǔn)備工作。是作業(yè)周轉(zhuǎn)時間與作業(yè)執(zhí)行時間的比 。 作業(yè) 進入 執(zhí)行 開始時刻 完成時刻 周轉(zhuǎn)時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 1 1 2 2 4 3 2 4 3 （ 2）最短作業(yè)優(yōu)先法（ SJF） 118 平均周轉(zhuǎn)時間 T= ( +++)/4= 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W = ( +++)/4= 119 最高響應(yīng)比作業(yè)優(yōu)先算法是對 FCFS 方式和 SJF 方式的一種綜合平衡 ,響應(yīng)比 R定義為系統(tǒng)對作業(yè)的響應(yīng)時間與作業(yè)要求運行時間的比值 R ＝ 響應(yīng)時間 / 要求運行時間 ＝ (作業(yè)等待時間＋需運行時間 )/ 需運行時間 ＝ 1＋已等待時間 / 需運行時間 ＝ 1＋ W / T (3)最高響應(yīng)比作業(yè)優(yōu)先算法（ HRN） 120 響應(yīng)比 R 不僅是要求運行時間的函數(shù) ， 而且還是等待時間的函數(shù) 。 作業(yè)調(diào)度程序在挑選作業(yè)進入主存運行時 ， 要為該作業(yè)建立相應(yīng)的進程 。 作業(yè)調(diào)度與進程調(diào)度程序的區(qū)別： 前者是挑選作業(yè)進主存運行 、 后者是挑選就緒進程到處理機上運行 。 從這個意義上講又是不公平的 。 時間片到時 ， 即使進程還沒有完成其運行 ，也必須釋放出處理機給下一個就緒的進程 ， 然后返回到就緒隊列的末尾重新排隊 ， 等待再次運行 。 作為新一輪調(diào)度的時間片 。 采用這種調(diào)度算法的關(guān)鍵 : 如何確定進程的優(yōu)先數(shù) 。 138 作業(yè) 進入系統(tǒng)時間 估計運行時間 /分鐘 開始時間 結(jié)束時間 周轉(zhuǎn)時間 /分鐘 1 8:00 40 8： 00 2 8:20 30 3 8:30 12 4 9:00 18 5 9:10 5 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間 T= 在一個兩道作業(yè)的批處理系統(tǒng)中，作業(yè)調(diào)度采用短作業(yè)優(yōu)先的調(diào)度算法，進程調(diào)度采用優(yōu)先數(shù)為基礎(chǔ)的搶占式調(diào)度算法，在下表所示的作業(yè)序列，作業(yè)優(yōu)先數(shù)即為進程優(yōu)先數(shù)，優(yōu)先數(shù)越小優(yōu)先級越高。 系統(tǒng)會出現(xiàn)何種情況 . 臨界區(qū)和臨界資源 143 其中 Cobegin和 Coend表示在它們之間的程序是并發(fā)執(zhí)行的，交叉調(diào)用。 Cobegin T1(x)。 出票； write ( x )； unlock(w)。 出票； write ( x )； unlock(w)。 例如：進程 p1，p2共享使用打印機 ?什么叫臨界資源？ （ critical resource） 一次僅允許一個進程使用的資源稱為臨界資源 。 150 進程互斥的實現(xiàn) 、開鎖操作 當(dāng)一個進程使用某個臨界資源之前必須完成下列操作： ① 考察鎖位的值； ② 若原來的值是為 “ 0”，將鎖位置為 “ 1”,即 上鎖； ③ 若原來值是為 “ 1”，說明該資源已被別人占用，則轉(zhuǎn)到第 ① 步。 153 154 信號量和 P、 V操作 1. 信號量 (semaphore)的概念 信號量是一個被保護的變量 ， 只有 P操作 、V操作和一種稱為信號量初始化操作才能訪問和改變它的值 。 156 2 . P、 V操作 信號燈的值僅能由 P、 V操作來改變 。 157 （ 1） s值減 1； （ 2） 若相減結(jié)果大于等于 0，則進程繼續(xù)執(zhí)行； （ 3） 若結(jié)果小于 0， 則該進程阻塞 。 160 161 用 P、 V操作解決進程間互斥問題 P(mutex) V(mutex) P1 P2 P3 互斥區(qū) P(mutex) P(mutex) V(mutex) V(mutex) 比喻：每個人都有一把進門的鑰匙，但只能容納一個人 162 進程同步（ synchronism） 先看一個例子 163 到站停車 開 車 開 車 門 關(guān) 車 門 售 票 正常行車 。 。 165 3 . 用信號燈實現(xiàn)進程的同步 （ 一 ） 合作進程的執(zhí)行次序 用進程流程圖 (前趨圖 ） 來描述諸進程合作完成某一任務(wù)的次序 ， 其規(guī)則如下： 166 ? 用信號燈及 P、 V操作來描述左圖 ? 說明進程的同步關(guān)系 ? 進程 P P2可并行執(zhí)行 ， P3的執(zhí)行必須等待 P P2都完成后才能開始執(zhí)行 。 (二 ） 共享緩沖區(qū)的合作進程的同步 169 解決這個問題的步驟： (1)分析問題 ， 弄清楚同步關(guān)系 ， 如上分析； (2)設(shè)置信號燈 ， 說明含義 、 初值； (3)寫出程序描述 。 ? 同時 ， 緩沖區(qū)是個臨界資源 ， 因此 ， 諸進程對緩沖區(qū)的操作程序是一個共享臨界區(qū) ， 因此 ，還有個互斥的問