2 进程管理

（1）前驱图以及程序顺序执行和并发执行的特点

• 前驱图

前驱图，是指一个有向无循环图，记为DAG，用于描述进程之间执行的先后顺序。

【注】前驱图中是不允许有循环的❕❕

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• 程序顺序执行

每个程序段按照某种先后次序顺序执行，仅当前一程序段执行完后，才能运行后一段程序段。

特征：顺序性；封闭性；可再现性

• 程序并发执行

输入程序(I)、计算程序(C)和打印程序(P)三者之间，存在->->的前驱关系。对一个作业的输入、计算、打印三个程序必须是顺序执行。对于一批作业进行处理，在和以及之间，可以并发执行。

特征：间断性；失去封闭性；不可再现性

（2）进程的基本概念和思想

进程控制块(PCB)，是进程存在的唯一标识。

由程序段、相关数据段和PCB三部分构成了进程实体（进程映像）。

进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

                    （进程是程序的一次执行。）

进程的特征：1)动态性 2)并发性 3)独立性 4)异步性

（3）进程的状态与转换

• 进程的三态模型

按进程在执行过程中的不同情况至少要定义三种状态：

1. 运行（running）态：进程占有处理器正在运行的状态。

   进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态； 在多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。

2. 就绪（ready）态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行的状态。

   当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列。

3. 等待（wait）态：又称阻塞态或睡眠态，指进程不具备运行条件，正在等待某个时间完成的状态。

   也称为等待或睡眠状态，一个进程正在等待某一事件发生（例如请求I/O而等待I/O完成等）而暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故称该进程处于阻塞状态。

引起进程状态转换的具体原因如下： ​

运行态→等待态：等待使用资源；如等待外设传输；等待人工干预。 ​

等待态→就绪态：资源得到满足；如外设传输结束；人工干预完成。 ​

运行态→就绪态：运行时间片到；出现有更高优先权进程。 ​

就绪态—→运行态：CPU 空闲时选择一个就绪进程。

• 进程的五态模型

五态模型在三态模型的基础上增加了新建态（new）和终止态（exit）。

1. 新建态：对应于进程被创建时的状态，尚未进入就绪队列。

   创建一个进程需要通过两个步骤：

   1）为新进程分配所需要资源和建立必要的管理信息。

   2）设置该进程为就绪态，并等待被调度执行。

2. 终止态：指进程完成任务到达正常结束点，或出现无法克服的错误而异常终止，或被操作系统及有终止权的进程所终止时所处的状态。

   处于终止态的进程不再被调度执行，下一步将被系统撤销，最终从系统中消失。

   终止一个进程需要两个步骤：

   1）先等待操作系统或相关的进程进行善后处理（如抽取信息）。

   2）然后回收占用的资源并被系统删除。

引起进程状态转换的具体原因如下： ​

NULL→新建态：执行一个程序，创建一个子进程。

​新建态→就绪态：当操作系统完成了进程创建的必要操作，并且当前系统的性能和虚拟内存的容量均允许。 ​

运行态→终止态：当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结。

​运行态→就绪态：运行时间片到；出现有更高优先权进程。 ​ 运行态→等待态：等待使用资源；如等待外设传输；等待人工干预。

​就绪态→终止态：未在状态转换图中显示，但某些操作系统允许父进程终结子进程。 ​

等待态→终止态：未在状态转换图中显示，但某些操作系统允许父进程终结子进程。 ​

终止态→NULL：完成善后操作。

（4）进程控制块及其作用

• 进程控制块中的信息

1) 进程标识符

(1) 内部标识符
    操作系统为每一个进程赋予的唯一数字标识符，系统使用
(2) 外部标识符
    有创建者提供，通常有字母与数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。
    描述进程的家族关系，设置父进程标识及子进程标识，还可设置用户标识，以指示拥有该进程的用户。

2）处理机状态

主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的，处理机被中断时，所有这些信息都必须保存在PCB中，以便在该进程重新执行时，能从断点继续执行。
通用寄存器、指令计数器、程序状态字PSW、用户栈指针

3）进程调度信息

进程状态
进程优先级
进程调度所需的其它信息：与进程调度算法有关事件，指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件，即阻塞原因

4）进程控制信息

程序和数据的地址
进程同步和通信机制
资源清单：除CPU以外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源
链接指针：了本进程(PCB)所在队列中 的下一个进程的 PCB的首地址

• 组织方式

（PCB通常是系统内存占用区中的一个连续存区）

1）线性方式

把所有PCB组织在一张线性表中，将该表的首地址存放在内存的一个专用区域中，每次查找是需要扫描全表，
适用于系统中进程数目不多的情况。

2）链接方式

把具有同一状态的 PCB，用其中 的链接字链接成一个队列，PCB存储在一个连续的存区。

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                        PCB链接队列示意图

3）索引方式

各个索引表在内存单元中的首地址也记录在内存中的专用单元中，
用添加索引表的方式记录具有相应状态下的某个PCB在PCB表中的地址。

                         按索引方式组织PCB

• 进程控制块PCB的作用

使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。

（5）进程组织

进程是一个独立的运行单位，也是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。它是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成，其中最核心的是进程控制块PCB。

组织方式见（6）

（6）进程同步：进程同步的概念和同步原则，临界资源和临界区的概念，信号量及其应用，经典进程同步问题

进程同步​​​​​​​

（7）进程通信的基本概念和方法

• 进程通信的基本概念

进程通信是指进程之间的信息交换。

• 进程通信的类型

a.共享存储器系统

1）基于共享数据结构的通信方式（低级）

2）基于共享存储区的通信方式（高级）

b.管道（pipe）通信系统

管道：实现读、写进程间通信的一个共享文件（pipe文件）

三方面协调：1.互斥2.同步3.确定对方是否存在

c.消息传递系统

1）直接通信方式

2）间接（信箱📪）通信方式

（8）线程的概念和多线程模型

• 线程与进程

• 在OS中引入进程的目的是为了使多个程序能并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量。

• 在OS中再引入线程，是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有良好的并发性。

线程的状态转换与进程的状态转换一样。

线程控制块TCB

• 线程的实现方式

a.内核支持线程（KST）（内核支持）

b.用户级线程（ULT）（与内核无关）

c.组合方式（多线程模型）

1）多对一：将用户线程映射到一个内核控制线程

2）一对一：将每一个用户级线程映射到一个内核支持线程

2）多对多：将许多用户级线程映射到同样的数量或者更少数量的内核线程上

                 （用户级线程数量>=内核线程数量）

今天的文章2 进程管理分享到此就结束了，感谢您的阅读。