計算機操作系統-進程管理(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 理機將會出現空轉而浪費資源。 第二章 進 程 管 理 3． 進程喚醒過程 ? 當被阻塞進程所期待的事件出現時 ， 則由有關進程調用 喚醒原語 wakeup( )， 將等待該事件的進程喚醒 。 ?執行過程 ： ?把被阻塞的進程從等待該事件的阻塞隊列中移出 ，將其 PCB中的現行狀態由阻塞改為就緒 。 ?再將該 PCB插入到就緒隊列中 。 第二章 進 程 管 理 圖 喚醒原語 第二章 進 程 管 理 進程的掛起與激活 1． 進程的掛起 當出現了引起進程掛起的事件時，系統將利用 掛起原語suspend( )將指定進程或處于阻塞狀態的進程掛起。 執行過程： ?首先檢查被掛起進程的狀態，若處于活動就緒狀態，便將其改為靜止就緒；對于活動阻塞狀態的進程，則將之改為靜止阻塞。 ?若被掛起的進程正在執行，則轉向調度程序重新調度。 第二章 進 程 管 理 2． 進程的激活過程 當發生激活進程的事件時，系統將利用 激活原語active( )將指定進程激活。 過程： 先將進程從外存調入內存，檢查該進程的現行狀態，若是靜止就緒，便將之改為活動就緒；若為靜止阻塞，便將之改為活動阻塞。 掛起 激活 Active( ) Suspend( ) 第二章 進 程 管 理 在 UNIX系統中進程控制的系統調用有： fork() 創建子進程 sleep() 進程睡眠 exit() 進程自已終止 （ 自殺 ） wait() (父 ） 等待子進程終止 wakeup() 進程喚醒 第二章 進 程 管 理 小結 ? 操作系統的順序進程和并發進程的各自特點 (1) 順序性 1) 間斷性 (2) 封閉性 2) 失去封閉性 (3) 可再現性 3) 不可再現性 ? 進程基本概念 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一個獨立單位 ? 進程的三個基本狀態及轉換 1) 就緒 (Ready)狀態 2) 3) 阻塞狀態 ? 進程控制 就緒阻塞 執行時間片完進程調度I / O 完成I / O 請求第二章 進 程 管 理 ?并發引起的操作系統的改變 ?操作系統必須記住各種活躍的進程 ?必須為每個進程分配和釋放各種資源 ?保護每個進程的數據和物理資源 ?進程的結果必須與執行速度無關 進 程 同 步 第二章 進 程 管 理 進 程 同 步 進程同步的基本概念 1． 兩種形式的制約關系 ? 間接相互制約關系 ——進程互斥。 源于共享著某種系統資源 ? 直接相互制約關系 ——進程同步 。 源于進程間的合作 第二章 進 程 管 理 進程互斥 一 . 互斥的概念 引例： 宿舍電話的使用 2個同學搶椅子 打印機的使用 1. 臨界資源 （共享變量、互斥資源， critical resource）： 一次僅允許一個進程使用的資源稱為臨界資源。 P16 第二章 進 程 管 理 例 1：兩個進程對同一變量 count訪問和修改， P1： count+=1。 P2： count=1。 若 count = 5。 P1： R1 = count。 R1 = R1+1。 count = R1。 P2： R2 = count。 R2 = R2 1 。 count = R2。 若順序執行 P P2，則 count = 5。 若并發執行，則 count=4？ 6？ 第二章 進 程 管 理 ?并行語句記號 可以用語句 cobegin S1； S2； … ； Sn ； coend 來表示語句 S1， S2， … ， Sn可以并發執行 。 Si(i=1,2,3,...,n)表示 n個語句 （ 程序段 ） ，這 n個語句用 cobegin和 coend括起來表示這 n個語句是可以并發執行的 。 co是 concurrent的頭兩個字符 。 這是 Dijkstra提出的 。 第二章 進 程 管 理 互斥資源的例子 引例中的電話和打印機都屬于臨界資源，還有其他的： 物理設備：輸入機、磁帶機； 軟件資源：內存變量、指針、數組、棧、隊列等等也是臨界資源。 P37不可在現的例子中， N是臨界資源，上例中，count是臨界資源。 對 臨界資源 的使用要作某種限制，否則會產生與時間有關的錯誤。 第二章 進 程 管 理 臨界區（ critical section/region） ： 每個進程中訪問臨界資源的那段程序段稱為 臨界區 （臨界段）。 P50 write write read 臨界資源 第二章 進 程 管 理 ３．互斥 定義 : 在操作系統中，當某一進程正在訪問某臨界區時，就不允許其它進程進入，否則就會發生 (后果 )無法估計的錯誤。我們把進程之間的這種 相互制約的關系 稱為 互斥 。 或者： 不允許兩個及以上的共享臨界資源的并發進程同時進入臨界區稱 互斥 。 第二章 進 程 管 理 互斥的例子 ? 交通十字路口、窄橋相對通行、獨木橋等等。 ? 日常生活中，隨處可見，操作系統很多原理和現象來自于生活，學習時可以從日常生活中的現象來分析理解。 第二章 進 程 管 理 互斥的例子 例 1： 進程 A、 B共享一臺打印機，則當一進程占用打印機后，另一進程若也要使用打印機，則必須等待，直至它釋放打印機。 例 2： 機票預訂系統，機票數為 n，此時 n=1 A B 旅行社 A查到某機座空 1； ： ： 旅行社 B查到某機座空 1； 與其顧客商量； ： ： 旅行社 A預訂該機座； n： B預訂該 機座； n 第二章 進 程 管 理 解決辦法 ? do { entry section critical section。 exit section remainder section。 }while(1)。 第二章 進 程 管 理 進入臨界區的準則： (1) 空閑讓進。 (2) 忙則等待。 (3) 有限等待。 (4) 讓權等待。 第二章 進 程 管 理 二 . 用鎖實現互斥 、 開鎖操作 解決進程互斥的最簡單的辦法是加鎖 。 在系統中為 每個臨界資源設置一個鎖位 w， w=0 表示資源可用 ， w=1 表示資源已被占用 （ 不可用 ） 。 同時 ,系統要提供上鎖原語和開鎖原語 ， 供進程在使用臨界資源之前使用上鎖原語 ， 使用完臨界資源之后使用開鎖原語 。 第二章 進 程 管 理 上鎖、開鎖操作 ? 對于每一共享的數據塊或者設備都要有一個單獨的鎖位。 ? 進程使用某一共享資源之前必須完成下列動作（上鎖操作）： ① 檢測鎖位的值（ 0還是 1）。 ② 如果原來的值為 0。將鎖位置 1（上鎖）。 ③ 如果原來的值為 1，則返回①繼續測試 。 進程使用完共享資源后，將鎖位置 0，稱做開鎖操作。 第二章 進 程 管 理 算法 上鎖原語 算法 lock 輸入：鎖變量 w 輸出：無 { test: if(w==1) goto test。 /*測試鎖位的值 */ else w=1。 /*上鎖 */ } 開鎖原語 算法 unlock 輸入：鎖變量 w 輸出：無 { w=0。 /*開鎖 */ } 第二章 進 程 管 理 算法的缺 點 ? 忙式等待，耗費進程占用 CPU的時間，把測試的任務交給競爭的進程，削弱了系統的可靠性。 ? 為了克服這個缺點，對此進一步修改。 第二章 進 程 管 理 第二章 進 程 管 理 上鎖原語 進入臨界區 csb 開鎖原語 進程 B 上鎖原語 進入臨界區 csa 開鎖原語 進程 A 任何進入臨界區的進程必須先執行上鎖原語，通過則進入臨界區，使用完后執行開鎖原語 第二章 進 程 管 理 main ( ) ppa ( ) ppb ( ) { { { int w=0。 : : cobegin lock(w)。 lock(w)。 ppa()。 CSa。 CSb。 ppb()。 unlock(w)。 unlock(w)。 coend : : } } } 進程互斥的實現： 鎖方法的優點： 實現互斥簡單， 缺點：效率很低；不公平現象，不能占用 cpu就不能測試，出現饑餓。 改進： Dijkstra發明的 P、 V操作。 第二章 進 程 管 理 進程互斥的硬件方法 ? 完全利用軟件方法，有很大局限性（如不適于多進程），現在已很少采用。 ? 可以利用某些硬件指令－－其讀寫操作由 一條指令 完成，因而保證讀操作與寫操作不被打斷； TestandSet指令 該指令讀出標志后設置為 TRUE boolean TS(boolean *lock) { boolean old。 old = *lock。 *lock = TRUE。 return old。 } lock表示資源的兩種狀態： TRUE表示正被占用，FALSE表示空閑 第二章 進 程 管 理