【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /O中斷種類較多，處理方法各異 1） I/O操作正常結(jié)束后的處理 2） I/O操作發(fā)生故障后的處理 3） I/O操作發(fā)生異常后的處理 4） 設(shè)備報(bào)到或設(shè)備結(jié)束的處理 五、中斷事件的具體處理方法 (8) 自愿中斷事件的處理 系統(tǒng)程序或用戶程序執(zhí)行訪管指令而引起的中斷，它表示運(yùn)行程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)功能的調(diào)用，所以，也稱系統(tǒng)調(diào)用，可以看作是機(jī)器指令的一種擴(kuò)充。 系統(tǒng)調(diào)用機(jī)制通過特殊硬指令和中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。其流程： ? 用戶程序執(zhí)行 n號(hào)系統(tǒng)調(diào)用 ? 通過中斷系統(tǒng)進(jìn)入訪管中斷處理，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) ? 通過系統(tǒng)調(diào)用入口表，按功能號(hào)跳轉(zhuǎn)找到相應(yīng)功能入口地址 ? 執(zhí)行相應(yīng)例行程序，結(jié)束后正常情況返回系統(tǒng)調(diào)用的下一條指令執(zhí)行 五、中斷事件的具體處理方法 (9) 六 中斷優(yōu)先級(jí)和多重中斷 中斷的優(yōu)先級(jí) 中斷的屏蔽 多重中斷事件的處理 1 中斷優(yōu)先級(jí) 計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每一瞬間，可能有幾個(gè)中斷事件同時(shí)發(fā)生，中斷裝置如何來響應(yīng)同時(shí)發(fā)生的中斷呢 ?它按照預(yù)定順序來響應(yīng)，這個(gè)預(yù)定順序稱中斷的優(yōu)先級(jí) ，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷事件。 2 中斷 的屏蔽 ?主機(jī)可允許或禁止某類中斷的響應(yīng)，如允許或禁止所有的 I/O中斷、外部中斷、及某些程序性中斷。 ?有些中斷是不能被禁止的，例如，計(jì)算機(jī)中的自愿性訪管中斷就不能被禁止。 3多重中斷事件的處理 中斷正在進(jìn)行處理期間，這時(shí) CPU又響應(yīng)了新的中斷事件，于 是暫時(shí)停止正在運(yùn)行的中斷處理 程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行新的中斷處理程 序，這就叫 多重中斷（又稱中斷 嵌套） 。 主要內(nèi)容： ? 進(jìn)程的定義和屬性 ? 進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 ? 進(jìn)程的描述 和組成 ? 進(jìn)程切換與模式切換 ? 進(jìn)程的管理與控制 進(jìn)程及其實(shí)現(xiàn) 進(jìn)程概述 進(jìn)程 是操作系統(tǒng)中最基本、重要的概念 ,是 多道程序系統(tǒng) 出現(xiàn)后，為了 刻畫 系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的 動(dòng)態(tài)情況 ，描述系統(tǒng)內(nèi)部各道程序的 活動(dòng)規(guī)律 引進(jìn)的一個(gè)概念 ,所有 多道程序設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)都建立在進(jìn)程的基礎(chǔ)上。 從理論角度看 ，進(jìn)程是對(duì)正在運(yùn)行的程序過程的 抽象 ； 從實(shí)現(xiàn)角度看 ，進(jìn)程是一種 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ，目的在于清晰地刻劃動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，有效管理和調(diào)度進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主存儲(chǔ)器運(yùn)行的程序 。 對(duì)于單任務(wù)的操作系統(tǒng)而言，由于任何時(shí)候內(nèi)存中只有一道程序（計(jì)算活動(dòng)） ， 程序與程序運(yùn)行（計(jì)算）之間具有一對(duì)一的關(guān)系 。 但是在多任務(wù)的操作系統(tǒng)環(huán)境下，內(nèi)存中可以同時(shí)存在兩道或兩道以上的程序（計(jì)算活動(dòng)）在并發(fā)運(yùn)行，在這種情況下，程序概念不能描述程序的運(yùn)行，有時(shí)一個(gè)程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)運(yùn)行，一個(gè)運(yùn)行也可以調(diào)用多個(gè)程序。 程序和計(jì)算不再一一對(duì)應(yīng) 程序運(yùn)行環(huán)境不再封閉 資源競(jìng)爭(zhēng)和共享導(dǎo)致制約關(guān)系 程序的運(yùn)行是停停走走 進(jìn)程概念提出的必要性 一、進(jìn)程的定義和屬性 (1) ? 一是刻畫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，發(fā)揮系統(tǒng)的并發(fā)性，提高資源利用率 。在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，程序可以并發(fā)執(zhí)行，一個(gè)程序的任意兩條指令之間都可能發(fā)生隨機(jī)事件而引發(fā)程序切換。因而，每個(gè)程序的執(zhí)行都可能不是連續(xù)的而是走走停停。 二是它能解決系統(tǒng)的 “ 共享性 ” ，正確描述程序的執(zhí)行狀態(tài)。 幾個(gè)概念： （ 1） “ 可再入 ” 程序 是指能被多個(gè) 程序 同時(shí)調(diào)用的 程序 。 （ 2） “ 可再用 ” 程序 被調(diào)用過程中 自身 會(huì)被 修改 ，在調(diào)用它的 程序 退出之前不允許其他 程序 來調(diào)用它。 一、進(jìn)程的定義和屬性 (2) （ 3） “ 可再入 ” 程序具有的性質(zhì) ： 它是純代碼，即它在執(zhí)行中自身不被改變；調(diào)用它的各程序應(yīng)提供工作區(qū)，因此，“ 可再入 ” 程序可被多個(gè)程序同時(shí)調(diào)用。 “ 可再入 ” 程序舉例 ? 編譯程序 P編譯源程序甲 ， 從 A點(diǎn)開始工作 ， 執(zhí)行到 B點(diǎn)時(shí)需將信息記到磁盤上 ， 且程序 P在 B點(diǎn)等待磁盤傳輸 。 ? 為提高系統(tǒng)效率 ， 利用編譯程序的 “ 可再入 ” 性 ， 讓編譯程序 P再為源程序乙進(jìn)行編譯 ， 仍從 A點(diǎn)開始工作 。 ? 現(xiàn)在怎樣來描述編譯程序 P的狀態(tài)呢 ?稱它為在 B點(diǎn)等待磁盤傳輸狀態(tài) ， 還是稱它為正在從 A點(diǎn)開始執(zhí)行的狀態(tài) ? ? 把編譯程序 P， 與服務(wù)對(duì)象聯(lián)系起來 ， P為甲服務(wù)就說構(gòu)成進(jìn)程 P甲 ， P為乙服務(wù)則構(gòu)成進(jìn)程 P乙 一、進(jìn)程的定義和屬性 (3) ? 兩個(gè)進(jìn)程雖共享程序 P， 但它們可同時(shí)執(zhí)行且彼此按各自的速度獨(dú)立執(zhí)行 。 可見 程序 與 計(jì)算 (程序的執(zhí)行 )不再一一對(duì)應(yīng) ， ? 進(jìn)程是一個(gè)既能用來共享資源 ， 又能描述程序并發(fā)執(zhí)行過程的一個(gè)基本單位 。 進(jìn)程 是一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的具有獨(dú)立功能的 程序 關(guān)于某個(gè) 數(shù)據(jù)集合 的一次 執(zhí)行過程 ， 也是操作系統(tǒng)進(jìn)行 資源分配 和 保護(hù) 的基本單位 。 有些系統(tǒng)稱進(jìn)程為 “ 任務(wù) ” (task)或 “ 活動(dòng) ” (active)。 一、進(jìn)程的定義和屬性 (4) (進(jìn)程與程序比較 ) (1)結(jié)構(gòu)性 ：進(jìn)程包含了數(shù)據(jù)集合和運(yùn)行于其上的程序 。 每個(gè)進(jìn)程至少包含 三個(gè)組成要素 ：程序塊 、 數(shù)據(jù)塊和進(jìn)程控制塊 。 (2)共享性 ：同一程序運(yùn)行于不同數(shù)據(jù)集合上時(shí) ， 構(gòu)成不同的進(jìn)程 。 多個(gè)不同的進(jìn)程可以共享相同的程序 ， 所以進(jìn)程和程序不是一一對(duì)應(yīng)的 。 (3)動(dòng)態(tài)性 ：進(jìn)程由創(chuàng)建而產(chǎn)生 ， 由調(diào)度而執(zhí)行 ， 由撤銷而消亡 。程序是一組有序指令序列 ， 作為一種系統(tǒng)資源是永久存在的 。 (4)獨(dú)立性 ：進(jìn)程是系統(tǒng)中資源分配和保護(hù)的基本單位 ， 也是系統(tǒng)調(diào)度的獨(dú)立單位 （ 單線程進(jìn)程 ） 。 一、進(jìn)程的定義和屬性 (5) (5)制約性 ：并發(fā)進(jìn)程之間存在著制約關(guān)系 ， 進(jìn)程在進(jìn)行的關(guān)鍵點(diǎn)上需要相互等待或互通消息 ， 以保證程序執(zhí)行的 可再現(xiàn)性 和計(jì)算結(jié)果的唯一性 。 (6)并發(fā)性 ：在一個(gè)單處理器系統(tǒng)環(huán)境下 ， 各個(gè)進(jìn)程輪流占用處理器 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (1) (1)進(jìn)程的三種基本狀態(tài) 一個(gè)進(jìn)程從創(chuàng)建而產(chǎn)生至撤銷而消亡的整個(gè)生命周期，可用一組狀態(tài)加以刻劃，至少有三種不同的進(jìn)程狀態(tài)： ? 運(yùn)行態(tài) （ running） ： 進(jìn)程占有處理器正在運(yùn)行 。 ? 就緒態(tài) （ ready） ： 進(jìn)程具備運(yùn)行條件 ， 等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行 。 ? 等待態(tài) （ wait） ： 又稱為阻塞 （ blocked） 態(tài)或睡眠 （ sleep）態(tài) ， 進(jìn)程不具備運(yùn)行條件 ， 正在等待某個(gè)事件的完成 。 通常 ， 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程 創(chuàng)建 后 ， 就處于 就緒狀態(tài) 。 每個(gè)進(jìn)程在 執(zhí)行 過程中 ， 任一時(shí)刻當(dāng)且僅當(dāng)處于上述三種狀態(tài)之一 。 在一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行過程中 ， 它的狀態(tài)將會(huì)發(fā)生變化 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (2) (2)引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體原因 ? 運(yùn)行態(tài) → 等待態(tài) ：等待使用資源或某事件發(fā)生 ； ? 等待態(tài) → 就緒態(tài) ：資源得到滿足或事件發(fā)生 ； ? 運(yùn)行態(tài) → 就緒態(tài) ：運(yùn)行時(shí)間片到；出現(xiàn)有更高優(yōu)先權(quán)進(jìn)程 。 ? 就緒態(tài) → 運(yùn)行態(tài) ： CPU空閑時(shí)選擇一個(gè)就緒進(jìn)程 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (3) 運(yùn)行態(tài) 就緒態(tài) 等待態(tài) 選中 落選 出現(xiàn)等待事件 等待事件結(jié)束 進(jìn)程三態(tài)模型及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (4) 五態(tài)模型在三態(tài)模型的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了 新建態(tài) 和 終止態(tài) 。 新建態(tài) 對(duì)應(yīng)進(jìn)程剛被創(chuàng)建的狀態(tài)。為一個(gè)新進(jìn)程創(chuàng)建必要的管理信息，它并沒有被提交執(zhí)行，而是在等待操作系統(tǒng)完成創(chuàng)建進(jìn)程的必要操作。 終止態(tài) 進(jìn)程的終止，首先，等待操作系統(tǒng)進(jìn)行善后，然后，退出主存。進(jìn)入終止態(tài)的進(jìn)程不再執(zhí)行，但依然臨時(shí)保留在系統(tǒng)中等待善后。一旦其他進(jìn)程完成了對(duì)終止態(tài)進(jìn)程的信息抽取之后，系統(tǒng)將刪除該進(jìn)程 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (5) 運(yùn)行態(tài) 就緒態(tài) 等待態(tài) 選中 落選 出現(xiàn)等待事件 等待事件結(jié)束 新建態(tài) 終止態(tài) 進(jìn)程五態(tài)模型及其轉(zhuǎn)換 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (6) 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體原因 ? NULL→ 新建態(tài) ：創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程 。 ? 新建態(tài) → 就緒態(tài) ：系統(tǒng)完成了進(jìn)程創(chuàng)建操作 ， 且當(dāng)前系統(tǒng)的性能和內(nèi)存的容量均允許 。 ? 運(yùn)行態(tài) → 終止態(tài) ：一個(gè)進(jìn)程到達(dá)自然結(jié)束點(diǎn)，或出現(xiàn)了無法克服的錯(cuò)誤，或被操作系統(tǒng)所終結(jié)，或被其他有終止權(quán)的進(jìn)程所終結(jié)。 ? 終止態(tài) → NULL： 完成善后操作 。 ? 就緒態(tài) → 終止態(tài) ：某些操作系統(tǒng)允許父進(jìn)程終結(jié)子進(jìn)程 。 ? 等待態(tài) → 終止態(tài) ：某些操作系統(tǒng)允許父進(jìn)程終結(jié)子進(jìn)程 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (7) (1)為什么要有 “ 掛起 ” 狀態(tài) ? 由于進(jìn)程的不斷創(chuàng)建，系統(tǒng)資源已不能滿足進(jìn)程運(yùn)行的要求，就必須把某些進(jìn)程掛起（ suspend）， 對(duì)換到磁盤鏡像區(qū)中，暫時(shí)不參與進(jìn)程調(diào)度，起到平滑系統(tǒng)操作負(fù)荷的目的。 (2)引起進(jìn)程掛起的主要原因 ? 系統(tǒng)中的進(jìn)程均處于等待狀態(tài)，需要把一些阻塞進(jìn)程對(duì)換出去，騰出足夠內(nèi)存裝入就緒進(jìn)程運(yùn)行。 ? 進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)資源 ， 導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足 ， 負(fù)荷過重 ， 需要掛起部分進(jìn)程以調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷 。 ? 定期執(zhí)行的進(jìn)程（如審計(jì)、監(jiān)控、記賬程序）對(duì)換出去，以減輕系統(tǒng)負(fù)荷。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (8) ? 用戶要求掛起自己的進(jìn)程 ， 以便進(jìn)行某些調(diào)試 、 檢查和改正 。 ? 父進(jìn)程要求掛起后代進(jìn)程 ， 以進(jìn)行某些檢查和改正 。 ? 操作系統(tǒng)需要掛起某些進(jìn)程 ， 檢查運(yùn)行中資源使用情況 ， 以改善系統(tǒng)性能 ?；虍?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或某些功能受到破壞時(shí) ， 需要掛起某些進(jìn)程以排除故障 。 (3)進(jìn)程增加的兩個(gè)新狀態(tài) ? 掛起就緒態(tài) （ ready suspend） ： 表明進(jìn)程具備運(yùn)行條件但目前在輔助存儲(chǔ)器中 ， 當(dāng)它被對(duì)換到主存才能被調(diào)度執(zhí)行 。 ? 掛起等待態(tài) （ blocked suspend） ： 表明進(jìn)程正在等待某一個(gè)事件且在輔助存儲(chǔ)器中 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (9) 掛起 等待事件結(jié)束 出現(xiàn)等待事件 解除掛起 掛起 落選 選中 運(yùn)行態(tài) 就緒態(tài) 等待事件結(jié)束 終止態(tài) 新建態(tài) 掛起就緒態(tài) 解除掛起 掛起 掛起等待態(tài) 等待態(tài) 提交 提交 具有掛起功能的進(jìn)程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (10) (4)引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體原因 ? 等待態(tài) → 掛起等待態(tài) ：當(dāng)前不存在就緒進(jìn)程 ， 至少一個(gè)等待態(tài)進(jìn)程將被對(duì)換出去成為掛起等待態(tài)； ? 掛起等待態(tài) → 掛起就緒態(tài) ：引起進(jìn)程等待的事件發(fā)生之后 ， 相應(yīng)的掛起等待態(tài)進(jìn)程將轉(zhuǎn)換為掛起就緒態(tài) 。 ? 掛起就緒態(tài) → 就緒態(tài) ：內(nèi)存中沒有就緒態(tài)進(jìn)程 ， 或掛起就緒態(tài)進(jìn)程具有比就緒態(tài)進(jìn)程更高的優(yōu)先級(jí) ， 將把掛起就緒態(tài)進(jìn)程轉(zhuǎn)換成就緒態(tài) 。 ? 就緒態(tài) → 掛起就緒態(tài) ：系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前資源狀況和性能要求 ， 決定把就緒態(tài)進(jìn)程對(duì)換出去成為掛起就緒態(tài) 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (11) ? 掛起等待態(tài) → 等待態(tài) ：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等待一個(gè)事件時(shí) ， 原則上不需要把它調(diào)入內(nèi)存 。 但是 ， 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程退出后 ， 主存已經(jīng)有了足夠的自由空間 ， 而某個(gè)掛起等待態(tài)進(jìn)程具有較高的優(yōu)先級(jí)并且操作系統(tǒng)已經(jīng)得知導(dǎo)致它阻塞的事件即將結(jié)束 ， 便可能發(fā)生這一狀態(tài)變化 。 ? 運(yùn)行態(tài) → 掛起就緒態(tài) ：當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)掛起等待進(jìn)程的等待事件結(jié)束后 ， 它將搶占 CPU， 而此時(shí)主存不夠 ， 從而可能導(dǎo)致正在運(yùn)行的進(jìn)程轉(zhuǎn)化為掛起就緒態(tài) 。 運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程也可以自己掛起自己 。 ? 新建態(tài) → 掛起就緒態(tài) ：根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前資源狀況和性能要求 ，可以將新建進(jìn)程對(duì)換出去成為掛起就緒態(tài) 。 掛起的進(jìn)程將不參與低級(jí)調(diào)度直到它們被對(duì)換進(jìn)主存 。 二、進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 (12) (5)掛起進(jìn)程具有如下特征 ? 該進(jìn)程不能立即被執(zhí)行。 ? 掛起進(jìn)程可能會(huì)等待事件 ， 但所等待事件是獨(dú)立于掛起條件的 ， 事件結(jié)束并不能導(dǎo)致進(jìn)程具備執(zhí)行條件 。 ? 進(jìn)程進(jìn)入掛起狀態(tài)是由于操作系統(tǒng) 、 父進(jìn)程或進(jìn)程本身阻止它的運(yùn)行 。 ? 結(jié)束進(jìn)程掛起狀態(tài)的命令只能通過操作系統(tǒng)或父進(jìn)程發(fā)出 。 三、進(jìn)程的描述和組成 (1) 操作系統(tǒng)的本質(zhì)任務(wù)是自動(dòng)控制程序的執(zhí)行 ， 并滿足進(jìn)程執(zhí)行過程中提出的資源使用要求 ， 因此 ， 操作系統(tǒng)的 核心控制結(jié)構(gòu)是 進(jìn)程結(jié)構(gòu) 。 在操作系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)中 ， 通常構(gòu)造一些表來管理和維護(hù)進(jìn)程和每一類資源的信息 。 操作系統(tǒng)的控制表分為四類： ? 進(jìn)程控制表 ：管理進(jìn)程及其相關(guān)信息 。 ? 存儲(chǔ)控制表 ：管理主存和輔存 ， 主要內(nèi)容包括：主存儲(chǔ)器的分配信息 ， 輔助存儲(chǔ)器的分配信息 ， 存儲(chǔ)保護(hù)和分區(qū)共享信息 ，虛擬存儲(chǔ)器管理信息 。 三、進(jìn)程的描述 (2) ? I/O控制表 ：管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 I/O設(shè)備和通道 ， 主要內(nèi)容包