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