2.进程

进程管理

• 进程的基本概念
• 进程与程序的区别
• 进程控制
• 进程同步
• 进程通信
• 线程

进程的基本概念

• 程序在并发环境中的执行过程
• 资源分配和独立运行的基本单位

程序的顺序执行

一个有4条语句的程序段：

S1：a:=x+2;

S2: b:=y+4;

S3: c:=a+b;

S4: d:=c+b;

程序顺序执行的特征

• 顺序性
• 封闭性
• 可再现性

顺序性

处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即每一个操作必须在下一个操作之前结束。

封闭性

程序在封闭的环境下执行，结果不受外界因素的影响。

可再现性

只要环境和初始条件相同，程序重复执行时总得到相同结果。

程序的并发执行

一个有4条语句的程序段：

S1：a:=x+2;

S2: b:=y+4;

S3: c:=a+b;

S4: d:=c+b;

S1和S2可以同时执行-》S3-》S4

程序并发执行的特征

• 间断性 共享、合作、制约导致，执行->暂停->执行
• 失去封闭性 资源状态由多程序改变
• 不可再现性 相同环境和初始条件， 重复执行，结果不同

程序A

L1:
    N:=N+1
goto L1

程序B

L2:
    PRINT (N)
    N:=0
goto L2

设共享变量N初始值为5，则会产生3种执行结果：

6,6,0
5,0,1
5,6,0

进程的特征

• 结构特征
• 动态性
• 并发性
• 独立性
• 异步性

进程的结构	功能描述
进程控制块（PCB）	动态特征的集中反映
程序段	描述要完成的功能
数据段	操作对象及工作区

动态性

• 进程最基本的特征是动态性
• 进程的生命周期：

进程由创建产生，由调度而执行，由撤销而消亡的过程。

并发性

多个进程同在内存中，且能在一段时间内同时运行。

独立性

进程是一个能独立运行、独立分配资源、独立接受调度的基本单位

异步性

进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进

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基本单位。

进程和程序的关系

（1）进程是一个动态概念，程序是一个静态概念

（2）进程具有并行特征，程序没有

（3）进程是竞争资源的基本单位

（4）一个程序对应多个进程，一个进程为多个程序服务。

进程的三种基本状态

• 就绪状态
• 运行状态
• 阻塞状态

就绪状态

• 进程已经分配了除处理机以外的所有必要资源，只要再获得处理机就能执行的状态
• 这样的进程可以有多个，通常排成一个队列，称就绪队列。

执行状态

• 已经获得CPU，正在运行
• 在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态。多处理机系统则有多个处于执行状态。

阻塞状态

• 正在执行的进程由于发生了某事件而暂时无法继续执行时，放弃处理机而进入的状态，又称等待状态
• 引起阻塞的事件：请求I/O，申请缓存。

挂起状态

• 引入原因

（1）终端用户请求
（2）父进程请求
（3）负荷调节需要（一般在实时操作系统中使用）
（4）操作系统的需要

挂起引起的状态转换

静止状态（挂起状态）
活动状态（非挂起状态）

引入挂起概念后，原先的进程的三种状态就变成了5种：

（1）执行
（2）活动就绪
（3）静止就绪
（4）活动阻塞
（5）静止阻塞

进程控制块

Process Control Block

• PCB是OS中最重要的记录型结构
• OS用PCB对并发进程进行管理和控制
• PCB是进程存在的唯一标志
• PCB常驻内存
• PCB专门开辟PCB区将所有的PCB组织成若干个链表或队列

结构体（structure）

• for example:一个学生的自然信息（姓名，性别，年龄，生日……）

PCB中的信息

（1）进程标识符

（2）处理机状态

（3）进程调度信息

（4）进程的控制信息

进程标识符

（1）内部标识符

进程唯一的数字编号，给OS使用

（2）外部标识符

由字母、数字组成，给用户使用

处理机状态

• 处理机中的主要寄存器

（1）通用寄存器8~32个，暂存信息用

（2）指令计数器 要访问的下一条指令的地址

（3）程序状态字PSW 条件码、执行方式、中断屏蔽标志

（4）用户栈指针 用户进程拥有的系统栈，存放过程和系统调用参数及调用地址。

进程调度信息

• 进程状态
• 进程优先级
• 与调度算法有关信息
• 事件 如：阻塞原因

进程控制信息

• 程序和数据地址
• 进程同步和通信机制
• 资源清单：除CPU之外的所需资源与已经分配资源清单
• 链接指针：本进程PCB所在队列的下一个地址

PCB的组织方式

（1）链接方式

把统一状态的PCB，用其中的链接字链接成一个队列。如，就绪队列、阻塞队列（根据不同阻塞原因）、空白队列。

（2）索引方式

建立就绪索引表、阻塞索引表等。把索引表在内存的首地址放在内存的专用单元中。

链接方式

索引方式