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操作系統(tǒng)chapter(4)-展示頁(yè)

2025-01-12 02:55本頁(yè)面
  

【正文】 2)執(zhí)行狀態(tài) (Running)(運(yùn)行狀態(tài)) ? 指進(jìn)程 已獲得處理機(jī) ,其程序正在執(zhí)行。 ? 進(jìn)程是由 程序 、 數(shù)據(jù) 和 進(jìn)程控制塊 組成 ? 進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能,而程序沒(méi)有 2. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài) ? 在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中,由于系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程的并發(fā)運(yùn)行及相互制約的結(jié)果,使得進(jìn)程的狀態(tài)不斷發(fā)生變化。 ? 一 個(gè)程序可對(duì)應(yīng) 多 個(gè)進(jìn)程,反之亦然 。 ? 動(dòng)態(tài)性: 進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序的一次執(zhí)行過(guò)程 , 進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生,動(dòng)態(tài)消亡的,進(jìn)程在其生命周期內(nèi),在三種基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換 ? 并發(fā)性: 任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起向前推進(jìn) ? 獨(dú)立性: 進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位 , 同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位; ? 異步性: 由于進(jìn)程間的相互制約 , 使進(jìn)程具有執(zhí)行的 間斷性 , 即進(jìn)程按各自獨(dú)立的 、 不可預(yù)知的速度向前推進(jìn) 進(jìn)程與程序的區(qū)別 ? 程序是 靜態(tài) 的,進(jìn)程是 動(dòng)態(tài) 的 。 ? 一般來(lái)講 , 在管態(tài)下執(zhí)行的進(jìn)程稱(chēng)為系統(tǒng)進(jìn)程;在目態(tài)下執(zhí)行的進(jìn)程稱(chēng)為用戶進(jìn)程 。 ? 或者:執(zhí)行操作系統(tǒng)核心代碼的進(jìn)程 。對(duì)不同的數(shù)據(jù)集合,依照一定的程序運(yùn)行處理的每一個(gè)過(guò)程是每個(gè)不同的進(jìn)程。 進(jìn)程是一個(gè) 動(dòng)態(tài)的概念, 是一個(gè)運(yùn)行過(guò)程。 1. 進(jìn)程的特征和定義 進(jìn)程 : 是指在系統(tǒng)中能 獨(dú)立運(yùn)行 并作為 資源分配的基本單位 , 是一個(gè)活動(dòng)實(shí)體 。 進(jìn)程的特征與狀態(tài) ? 在 多道程序 環(huán)境下, 程序具有了并行、制約和動(dòng)態(tài)的特征 , 程序概念 已刻劃不清系統(tǒng)的這種并行情況, 反映不了它們的活動(dòng)規(guī)律和狀態(tài)變化 。 ? 兩種情況:(假設(shè)當(dāng)前變量 n的值為 100) ? 執(zhí)行方式 1: ? A: n=n+1; ? B: print( n);結(jié)果: B打印 n的值為 101。 ? 3) 不可再現(xiàn)性 : 程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí),由于失去了封閉性,也導(dǎo)致失去了可再現(xiàn)性。 與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤 ? 1) 間斷性 :程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí),由于它們 共享資源 或?yàn)橥瓿赡骋豁?xiàng)任務(wù)而合作,致使 在并發(fā)程序之間存在相互制約 的關(guān)系。put。copy。get。copy。get。put。 ? get。 輸入 f 輸出 g { If (f不為空) { Get(s,f) while (謄寫(xiě)未完成) { t=s cobegin put(t,g) Get(s,f) coend } } } c p c g p c g p g 并行環(huán)境下程序間的制約關(guān)系 與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤 ? 假定 f系列中有記錄 ? f=(R1,R2,...,Rn) ? g=() ? 在謄抄完成后: ? f=() ? g=(R1,R2,...,Rn) ? 算法中的: ? copy≡t=s put ≡ put(t,g) get ≡ get(s,f) 與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤 ? 若程序錯(cuò)寫(xiě)成: ? while(謄抄未完成 ){ ? cobegin ? copy。 ? 假設(shè)有兩個(gè)緩沖區(qū) , 每個(gè)緩沖區(qū)只存放一個(gè)字符 , get程序負(fù)責(zé)從輸入序列 f中讀一個(gè)字符 , 然后 , 送到緩沖區(qū) s中 , copy程序負(fù)責(zé)將 s中的字符復(fù)制到 t中 , put負(fù)責(zé)從 t中提取字符打印 。 ? copy程序把緩沖區(qū) s中的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū) t中去 。 ? Sn+1。...。S2。 1. 程序的并發(fā)執(zhí)行 ? ? S1: a∶ =x+2 ? S2: b∶ =y+4 ? S3: c∶ =a+b ? S4: d∶ =c+b 1. 程序的并發(fā)執(zhí)行 ? 假設(shè)有一個(gè)程序由 ? S0~ Sn+1個(gè)語(yǔ)句, ? 其中 S1~ Sn語(yǔ)句是并發(fā)執(zhí)行的,程序如下: ? S0。 1. 程序的并發(fā)執(zhí)行 ? 在對(duì)一批程序進(jìn)行處理時(shí) , 可以并發(fā)執(zhí)行 。 每個(gè)結(jié)點(diǎn)還具有一個(gè)重量。 ? 是一個(gè) 有向無(wú)循環(huán)圖 ,每個(gè)結(jié)點(diǎn)用于表示一條語(yǔ)句、一個(gè)程序段或一個(gè)進(jìn)程;結(jié)點(diǎn)間的有向邊表示兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間存在的 偏序或前趨關(guān)系 “ → ” 。 ? 可再現(xiàn)性: 只要程序執(zhí)行時(shí)的環(huán)境和初始條件相同 , 當(dāng)程序重復(fù)執(zhí)行時(shí) ,將獲得相同的結(jié)果 。 I1 C1 P1 I2 C2 P2 對(duì)一個(gè)程序段中的多條語(yǔ)句來(lái)說(shuō) , 也有一個(gè)執(zhí)行順序問(wèn)題 , 例如對(duì)于下述三條語(yǔ)句的程序段 : S1: a:=x+y S2: b:=a5 S3: c:=b+1 如下圖 , 語(yǔ)句 S2必須在 a被賦值后才能執(zhí)行;S3也只能在 b被賦值后才能執(zhí)行 。也即僅當(dāng)前一個(gè)操作結(jié)束之后,后繼操作才開(kāi)始執(zhí)行,此即 程序的順序執(zhí)行性。第二章 進(jìn)程管理 進(jìn)程的基本概念 進(jìn)程控制 進(jìn)程同步 經(jīng)典進(jìn)程的同步問(wèn)題 進(jìn)程通信 線程 進(jìn)程的基本概念 ? 進(jìn)程的概念是操作系統(tǒng)中最基本、最重要的概念。它是在多道程序系統(tǒng)出現(xiàn)后,為了刻劃系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的情況,描述系統(tǒng)內(nèi)部各作業(yè)的活動(dòng)規(guī)律而引進(jìn)的一個(gè)新的概念 ? ? 一個(gè)復(fù)雜的程序一般均含 若干個(gè)程序段 ,并按 一定先后順序執(zhí)行 ,每個(gè)操作必須在下一個(gè)操作開(kāi)始之前結(jié)束。 ? ? 例如一般程序包括輸入 (I)、計(jì)算 (C)、輸出 (P)三部分,而 計(jì)算 須在 輸入 完成后方可開(kāi)始,而輸出須在計(jì)算完成后才能進(jìn)行。 S1 S2 S3 ? 順序性: 一個(gè)程序的各個(gè)部分的執(zhí)行 ,嚴(yán)格地按照某種先后次序執(zhí)行; ? 封閉性: 程序一旦開(kāi)始執(zhí)行 , 其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素影響 。 ? 前趨圖: 用于描述一個(gè)程序的各部分(程序段或語(yǔ)句)間的執(zhí)行順序關(guān)系,或者是一個(gè)大的計(jì)算的各個(gè)子任務(wù)間的因果關(guān)系。 ? 結(jié)點(diǎn)間的有向邊表示兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間存在的偏序 (Partial_Order)或前趨關(guān)系(Precedence_Relation) ? ―→ ‖= {(Pi,Pj)|在 Pj開(kāi)始前 Pi必須完成 },如果 (Pi,Pj)∈→ ,可寫(xiě)成 Pi→Pj ,Pi是 Pj的直接前趨, Pj是 Pi的直接后繼。 P1P3P8P9P4P2P5P6P7S1S2S3( a ) 具有九個(gè)結(jié)點(diǎn)的前趨圖 ( b ) 具有循環(huán)的圖 ? 該前趨圖 , 存在下面的前趨關(guān)系: P1→P 2, P1→P 3, P1→P 4, P2→P 5,P3→P 5, P4→P 6, P4→P 7, P5→P 8,P6→P 8, P7→P 9, P8→P 9; ? 或表示為: ? P ={P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9} → ={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4), (P2,P5),(P3,P5),(P4,P6), (P4,P7),(P5,P8),(P6,P8), (P7,P9),(P8,P9)} 例:下述幾條語(yǔ)句的程序段畫(huà)出前趨圖 P1 → P2, P1 → P3, P1 → P4, P2 → P5, P3 → P5, P3 → P6, P4 → P6, 程序并發(fā)執(zhí)行及特征 并發(fā)環(huán)境: 在一定時(shí)間內(nèi)物理機(jī)器上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的程序同處于開(kāi)始運(yùn)行但尚未結(jié)束的狀態(tài),并且次序不是事先確定的, 就稱(chēng)這幾個(gè)程序是并發(fā)執(zhí)行的。 ? 例如 , 輸入 、 計(jì)算 、 打印三個(gè)程序?qū)σ慌鳂I(yè)進(jìn)行處理時(shí)前趨關(guān)系圖如下: P1P2P3P4I1I2I3I4C1C2C3C4 Ii→C i, Ii→I i+1, Ci→P i, Ci→C i+1, Pi→P i+1 在 Pi1和 Ci以及 Ii+1之間 , 可以并發(fā)執(zhí)行 。 ? cobegin ? S1。S3。SN ? coend。 三個(gè)并發(fā)執(zhí)行程序的謄抄 ? get程序負(fù)責(zé)從輸入序列 f中讀取字符 ? 并送到緩沖區(qū) s中 。 ? put程序從緩沖區(qū) t中取出數(shù)據(jù)打印。 這個(gè)算法是正確的 。 ? put。 ? coend ? } ? 初始狀態(tài): ? f=(R1,R2,...,Rn) ? s=() t=() g=() ? 首先執(zhí)行了 get(s,f) ? f=(R1,R2,...,Rn) ? s=R1,t=(),g=() ? copy,put,get三個(gè)程序段并發(fā)執(zhí)行 , 就有六種組合: ? copy。get 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R2) ? ? copy。put 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R2) ? ? put。get 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R1) ? ? put。copy 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R1) ? ? get。put 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R3) ? ? get。copy 導(dǎo)致結(jié)果: g=(R1,R1) ? ? 這就是與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤 。 ? 2) 失去封閉性 :程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí),是多個(gè)程序共享系統(tǒng)中的各種資源,因而 這些資源的狀態(tài) 將由 多個(gè)程序來(lái)改變 ,致使程序的運(yùn)行失去了封閉性。 ? 并發(fā)程序 A和 B,共享變量 n,程序 A做 n=n+1操作;程序 B執(zhí)行 print( n)操作。 ? 執(zhí)行方式 2: ? B: print( n); ? A: n=n+1; 結(jié)果: B打印 n的值為 100。為了動(dòng)態(tài)地看待操作系統(tǒng),則以進(jìn)程作為資源分配和獨(dú)立運(yùn)行的基本單位, 從進(jìn)程觀點(diǎn)來(lái)研究操作系統(tǒng) ,操作系統(tǒng)所具有的所有特征也都是基于進(jìn)程而形成的。 也可以說(shuō),進(jìn)程是 程序 在 數(shù)據(jù)集合 上的 一次運(yùn)行過(guò)程 ,是系統(tǒng)進(jìn)行 資源分配和調(diào)度的 基本單位。它不同于程序,但又 依賴(lài)于程序 。 ? 在系統(tǒng)中同時(shí)有多個(gè)進(jìn)程存在 , 但歸納起來(lái)有兩大類(lèi): ? 系統(tǒng)進(jìn)程 ? 系統(tǒng)進(jìn)程起著資源管理和控制的作用 。 ? 用戶進(jìn)程 ? 執(zhí)行用戶程序的進(jìn)程 。 進(jìn)程的特征 ? 結(jié)構(gòu)特征: 為了控制和管理進(jìn)程 , 系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程設(shè)立一個(gè)進(jìn)程控制塊- PCB。 ? 進(jìn)程更能真實(shí)地描述 并發(fā) ,而程序不能 。 ? 程序可作為軟件資源 長(zhǎng)期保存 , 進(jìn)程只是一次執(zhí)行過(guò)程 , 是 暫時(shí) 的; ? 進(jìn)程是系統(tǒng) 分配調(diào)度 的獨(dú)立單位 , 能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行 。 進(jìn)程在系統(tǒng)中的活動(dòng)規(guī)律是: ? 執(zhí)行 暫停 執(zhí)行 ? 進(jìn)程的三種基本狀態(tài): ? 運(yùn)行狀態(tài) ? 就緒狀態(tài) ? 阻塞狀態(tài) 2. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài) ? 1)就緒 (Ready)狀態(tài) ? 當(dāng)進(jìn)程 已經(jīng)分配 到 除 CPU以外 的 所有必要的資源 后,只要能 獲得處理機(jī) ,就可以 立即執(zhí)行 。在 單處理機(jī) 系統(tǒng)中, 只能有一個(gè)進(jìn)程 處于執(zhí)行狀態(tài)。 進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 運(yùn)行 就緒 等待 ? ? ? ? 2. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài) 進(jìn)程 狀態(tài) 轉(zhuǎn)換條件 在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中,由于自身進(jìn)展情況及外界環(huán)境的變化,這三種基本狀態(tài)可以依據(jù)一定的條件相互轉(zhuǎn)換: ? 就緒 運(yùn)行 – 調(diào)度程序選擇一個(gè)新的進(jìn)程運(yùn)行 ? 運(yùn)行 就緒 – 運(yùn)行進(jìn)程用完了時(shí)間片 – 運(yùn)行進(jìn)程被中斷,因?yàn)橐桓邇?yōu)先級(jí)進(jìn)程處于就緒狀態(tài) 進(jìn)程狀態(tài) 轉(zhuǎn)換條件 ? 運(yùn)行 阻塞 – 當(dāng)一進(jìn)程必須等待時(shí) ?OS尚未完成服務(wù) ?對(duì)一資源的訪問(wèn)尚不能進(jìn)行 ?初始化 I/O 且必須等待結(jié)果 ?等待某一進(jìn)程提供輸入 (IPC) ? 等待 就緒 – 當(dāng)所等待的事件發(fā)生時(shí) 3. 掛起狀態(tài) ? 在某些系統(tǒng)中,為了更好地管理和調(diào)度進(jìn)程及適應(yīng)系統(tǒng)的功能目標(biāo),引入了掛起狀態(tài)。 – (3) 負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要。 3. 掛起狀態(tài) ? (1)終端用戶的需要 ? 當(dāng)終端用戶在自己的程序運(yùn)行期間,發(fā)現(xiàn) 有可疑問(wèn)題 時(shí),往往希望暫時(shí)使自己的 進(jìn)程靜止下來(lái) 。 3. 掛起狀態(tài) ? 3)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要 ? 當(dāng) 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 中的工作負(fù)荷較重,可能影響到對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)的控制時(shí),可由系統(tǒng)把 一些不重要或不緊迫的進(jìn)程 掛起,以保證系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行。 3. 掛起狀態(tài) ? 具有掛起和解掛功能的系統(tǒng)進(jìn)程狀態(tài)中,新增加了兩個(gè)狀態(tài):掛起就緒(
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