第４章處理器管理第４章處理器管理第４章處理器管理內(nèi)容框架

第４章處理器管理內(nèi)容框架學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容如何使用Windows2003任務(wù)管理器？什么是進(jìn)程與線程

?Windows2003進(jìn)程與線程是怎么樣的？什么是進(jìn)程通信與同步？有哪些算法？如何實(shí)現(xiàn)？什么是進(jìn)程調(diào)度與死鎖

?有哪些算法？如何實(shí)現(xiàn)？什么是多線程？如何實(shí)現(xiàn)？第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解引入進(jìn)程機(jī)制能有效解決多道程序設(shè)計(jì)中的程序并行執(zhí)行問題，提高計(jì)算機(jī)資源的利用率。其中要求：掌握Windows2003的任務(wù)管理器使用；進(jìn)程的定義、狀態(tài)；理解進(jìn)程控制；理解并發(fā)進(jìn)程之間的互斥與同步；理解進(jìn)程的調(diào)度；理解進(jìn)程的死鎖以及產(chǎn)生死鎖的必要條件、排除死鎖的策略以及實(shí)現(xiàn)；了解線程的概念以及多線程的實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)內(nèi)容：Windows2003任務(wù)管理、進(jìn)程與線程、進(jìn)程通信、進(jìn)程調(diào)度、多線程。第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解引入進(jìn)程機(jī)制能有效解決多道程序設(shè)計(jì)中的程序并行第４章處理器管理概述：任務(wù)管理器是Windows系統(tǒng)中自帶的軟件，用于對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控。程序名為taskmgr.exe

．啟動(dòng)任務(wù)管理器方法認(rèn)識(shí)任務(wù)管理器：應(yīng)用程序、進(jìn)程性能、聯(lián)網(wǎng)、用戶查看和操作任務(wù)管理器應(yīng)用技巧：同時(shí)最小化多個(gè)窗口

降低BT軟件的資源占用率

禁用任務(wù)管理器

打開處理器的超線程

4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處理器管理概述：任務(wù)管理器是Windows系統(tǒng)中自帶討論題:１、如何結(jié)束進(jìn)程？２、任務(wù)管理有何用處？如何打開任務(wù)管理器？３、如果你不希望他人私自操作你的電腦任務(wù)管理器，你該如何處理？４、什么是超線程技術(shù)？

4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處理器管理討論題:4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處第４章處理器管理進(jìn)程的定義和描述進(jìn)程(process)：是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程。

進(jìn)程和程序區(qū)別和聯(lián)系：－進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的。程序是代碼的集合；進(jìn)程是程序的執(zhí)行。

－進(jìn)程是暫時(shí)的，程序是永久的。進(jìn)程是狀態(tài)變化的過程；程序可長(zhǎng)久保存。

－進(jìn)程與程序的組成不同：進(jìn)程的組成包括程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊－進(jìn)程與程序是密切相關(guān)的。一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；通過調(diào)用關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可包括多個(gè)程序。進(jìn)程可創(chuàng)建其他進(jìn)程，而程序并不能形成新的程序。進(jìn)程是程序代碼的執(zhí)行過程，但并不是所有代碼執(zhí)行過程都從屬于某個(gè)進(jìn)程。

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理進(jìn)程的定義和描述4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理進(jìn)程控制塊（PCB）：是由操作系統(tǒng)維護(hù)的用來記錄進(jìn)程相關(guān)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。－進(jìn)程描述信息：進(jìn)程標(biāo)識(shí)符(processID)、進(jìn)程名、用戶標(biāo)識(shí)符(userID)和進(jìn)程組(processgroup)等－進(jìn)程控制信息：當(dāng)前狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、代碼執(zhí)行入口地址、程序的外存地址、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息（執(zhí)行時(shí)間、頁(yè)面調(diào)度）、進(jìn)程阻塞原因等－資源占用信息：進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源列表－處理器現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)：保存寄存器值

進(jìn)程上下文：對(duì)進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過程的靜態(tài)描述，包括進(jìn)程的用戶地址空間內(nèi)容、處理器中寄存器內(nèi)容及與該進(jìn)程相關(guān)的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等－分成用戶級(jí)上下文－寄存器級(jí)上下文－系統(tǒng)級(jí)上下文。

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理進(jìn)程控制塊（PCB）：是由操作系統(tǒng)維護(hù)的用第４章處理器管理線程的概念

線程(Thread)：是一個(gè)動(dòng)態(tài)的對(duì)象，它是處理器調(diào)度的基本單位，表示進(jìn)程中的一個(gè)控制點(diǎn)，執(zhí)行一系列的指令。線程的優(yōu)點(diǎn)：－線程的創(chuàng)建時(shí)間比進(jìn)程短；－線程的終止時(shí)間比進(jìn)程短；－同進(jìn)程內(nèi)的線程切換時(shí)間比進(jìn)程短；－線程可直接進(jìn)行不通過內(nèi)核進(jìn)行通信。內(nèi)核線程(kernel-levelthread)：是指由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成創(chuàng)建和撤銷，用來執(zhí)行一個(gè)指定的函數(shù)線程。用戶線程(user-levelthread)：是指不依賴于操作系統(tǒng)核心，由應(yīng)用進(jìn)程利用線程庫(kù)提供創(chuàng)建、同步、調(diào)度和管理線程的函數(shù)來控制的線程。4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理線程的概念4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理進(jìn)程與線程的比較

地址空間資源通信關(guān)系調(diào)度切換進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

五狀態(tài)進(jìn)程模型

4.２進(jìn)程與線程的概念

運(yùn)行狀態(tài)(Running)、就緒狀態(tài)(Ready)、阻塞狀態(tài)(Blocked)、創(chuàng)建狀態(tài)(New)、退出狀態(tài)(Exit)

第４章處理器管理進(jìn)程與線程的比較4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理五狀態(tài)進(jìn)程模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

(1)創(chuàng)建新進(jìn)程(2)收容(Admit,也稱為提交)(3)調(diào)度運(yùn)行(Dispatch)(4)釋放(Release)(5)超時(shí)（Timeout）(6)事件等待（EventWait）(7)事件出現(xiàn)（EventOccurs）4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理五狀態(tài)進(jìn)程模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換4.２進(jìn)程與線第４章處理器管理掛起進(jìn)程模型－單掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理－雙掛起進(jìn)程模型

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理－雙掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

掛起（suspend）：把一個(gè)進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存

－阻塞到阻塞掛起－就緒到就緒掛起－運(yùn)行到就緒掛起激活（activate）：把一個(gè)進(jìn)程從外存轉(zhuǎn)到內(nèi)存－就緒掛起到就緒

－阻塞掛起到阻塞

事件出現(xiàn)（eventoccur）：進(jìn)程等待的事件出現(xiàn)，如操作完成、申請(qǐng)成功等；－阻塞到就緒

－阻塞掛起到就緒掛起

收容(admit)：收容一個(gè)新進(jìn)程，進(jìn)入就緒狀態(tài)或就緒掛起狀態(tài)。第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念掛起（suspe第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows進(jìn)程進(jìn)程的創(chuàng)建和退出：－子進(jìn)程與父進(jìn)程：一個(gè)進(jìn)程可利用系統(tǒng)調(diào)用功能來創(chuàng)建新的進(jìn)程，創(chuàng)建者稱為父進(jìn)程，而被創(chuàng)建的新進(jìn)程稱為子進(jìn)程。－進(jìn)程的退出：通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行的，也稱為“進(jìn)程終止”。在進(jìn)程的退出過程中，操作系統(tǒng)要?jiǎng)h除系統(tǒng)維護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并回收進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源

進(jìn)程的阻塞和喚醒：進(jìn)程在執(zhí)行過程中會(huì)因?yàn)榈却齀/O操作完成或等待某個(gè)事件出現(xiàn)而進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程所等待的操作完成或事件出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)程將會(huì)從阻塞狀態(tài)喚醒而進(jìn)入就緒狀態(tài)。用戶可通過相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用來等待某個(gè)事件或喚醒某個(gè)阻塞進(jìn)程。

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows2003進(jìn)程管理

：Windows中的進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的基本單位。Windows進(jìn)程是作為對(duì)象來管理，進(jìn)程對(duì)象的屬性包括：進(jìn)程標(biāo)識(shí)(PID)、資源訪問令牌(AccessToken)、進(jìn)程的基本優(yōu)先級(jí)(BasePriority)和默認(rèn)親合處理器集合(ProcessorAffinity)等－Win32進(jìn)程執(zhí)行體進(jìn)程塊(EPROCESS)

：線程塊列表、虛擬地址空間描述表、對(duì)象句柄列表－Win32子系統(tǒng)的進(jìn)程控制系統(tǒng)調(diào)用：CreateProcess（創(chuàng)建新進(jìn)程及其主線程）、ExitProcess（終止一個(gè)進(jìn)程和它的所有線程）、TerminateProcess（終止指定的進(jìn)程和它的所有線程）。－Windows2003程序調(diào)試機(jī)制第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows線程

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows討論題:

１、什么是進(jìn)程？什么是線程？進(jìn)程和線程的區(qū)別是什么？２、進(jìn)程調(diào)度有哪幾種算法？

３、Windows2003如何進(jìn)行進(jìn)程管理的？４、Windows2003中的每個(gè)Win32進(jìn)程都由一個(gè)執(zhí)行體進(jìn)程塊表示，該執(zhí)行體進(jìn)程塊中的主要內(nèi)容包括哪些？

5、請(qǐng)說明進(jìn)程模型中等待狀態(tài)和阻塞狀態(tài)的區(qū)別。

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

討論題:第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念進(jìn)程間通信

按通信量的大小分：低級(jí)通信、高級(jí)通信

按是否有第三方作為中轉(zhuǎn)分：直接通信、間接通信

進(jìn)程間通信考慮特征：通信鏈路特征、數(shù)據(jù)格式、收發(fā)雙方的同步方式等互斥算法進(jìn)程互斥的解決方法：由競(jìng)爭(zhēng)各方平等協(xié)商、引入進(jìn)程管理者資源共享的程度三個(gè)層次：互斥(mutualexclusion)、死鎖(deadlock)和饑餓(starvation)。

4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理進(jìn)程間通信4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理多進(jìn)程系統(tǒng)中，進(jìn)程間的相互制約關(guān)系三種類型

4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理多進(jìn)程系統(tǒng)中，進(jìn)程間的相互制約關(guān)系三種類型4.3進(jìn)程第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步臨界資源的訪問過程

進(jìn)程互斥的軟件方法

－單標(biāo)志算法

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步臨界資源的訪問過程

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－雙標(biāo)志、先檢查算法

－雙標(biāo)志、先修改后檢查算法第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－雙標(biāo)第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－先修改、后檢查、后修改者等待算法

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－先修改、后檢查、第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步進(jìn)程互斥的硬件方法

－TS(Test-and-Set)指令

－Swap指令（或Exchange指令）

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步進(jìn)程互斥的硬件方法信號(hào)量：信號(hào)量是荷蘭學(xué)者Dijkstra提出的一種進(jìn)程同步機(jī)制

信號(hào)量和P、V原語

－P原語：

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－Ｖ原語：信號(hào)量：信號(hào)量是荷蘭學(xué)者Dijkstra提出的一種進(jìn)程同步機(jī)信號(hào)量集：AND型信號(hào)量集、一般“信號(hào)量集”

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步管程

概述：管程是為了解決信號(hào)量機(jī)制面臨的困難而提出的一種新的進(jìn)程間同步機(jī)制，它把對(duì)信號(hào)量的控制集中在管程內(nèi)部，保證進(jìn)程互斥地訪問共享變量，并方便地阻塞和喚醒進(jìn)程。管程優(yōu)點(diǎn)：－管程的封裝良好，可增強(qiáng)模塊的獨(dú)立性。－引入管程可提高代碼的可讀性，便于修改和維護(hù)，正確性易于保證。

管程與進(jìn)程的區(qū)別：進(jìn)程是為了描述程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程，而設(shè)置管程是為了進(jìn)行進(jìn)程的同步，協(xié)調(diào)進(jìn)程的相互關(guān)系和對(duì)共享資源進(jìn)行訪問。操作系統(tǒng)維護(hù)的進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是進(jìn)程控制塊，而與管程相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是等待隊(duì)列。管程可被進(jìn)程調(diào)用。管程與操作系統(tǒng)中的共享資源相關(guān)，沒有創(chuàng)建和撤消；而進(jìn)程有創(chuàng)建和撤消。信號(hào)量集：AND型信號(hào)量集、一般“信號(hào)量集”第４章處討論題:1、進(jìn)程間通信要考慮到通信過程中哪些特征？

2、什么是進(jìn)程互斥？互斥算法有哪些？

3、什么信號(hào)量和信號(hào)量集？

4、請(qǐng)簡(jiǎn)述你對(duì)P、V原語理解。

5、什么是管程？有何好處？

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步討論題:第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步調(diào)度的類型和模型

調(diào)度類型

－高級(jí)調(diào)度(HighLevelScheduling)－低級(jí)調(diào)度(LowLevelScheduling)

－中級(jí)調(diào)度（Intermediate-LevelScheduling）調(diào)度隊(duì)列模型

－僅有進(jìn)程調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型－具有高級(jí)和低級(jí)調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型－同時(shí)具有三級(jí)調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型選擇調(diào)度方式和算法的若干準(zhǔn)則－面向用戶的原則－面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則

4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理調(diào)度的類型和模型4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理調(diào)度算法

調(diào)度：實(shí)質(zhì)是一種資源分配

調(diào)度算法：根據(jù)系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法先來先服務(wù)算法（FCFS

）：按進(jìn)程的到達(dá)先后順序進(jìn)行調(diào)度

最短作業(yè)優(yōu)先算法（SJF

）時(shí)間片時(shí)鐘算法多級(jí)隊(duì)列算法

(Multiple-levelQueue)

優(yōu)先級(jí)算法

(PriorityScheduling)

多級(jí)反饋隊(duì)列算法

(RoundRobinwithMultipleFeedback)

多級(jí)反饋隊(duì)列算法

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖調(diào)度算法第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖死鎖

死鎖的定義：假若在一個(gè)進(jìn)程集合中的每個(gè)進(jìn)程都在等待只能由該集合中的其他一個(gè)進(jìn)程才能引發(fā)的事件，那么這種狀態(tài)被看成為死鎖。死鎖的條件：

－互斥條件，每個(gè)資源要么被分配給了一個(gè)進(jìn)程，要么是空閑的。－部分分配(占有以及等待條件)，已經(jīng)得到了資源的進(jìn)程可以再申請(qǐng)新的資源。－非剝奪條件，已經(jīng)分配給一個(gè)進(jìn)程的資源不能被剝奪掉，它只能被占有著它的進(jìn)程顯式地釋放出來。－循環(huán)等待的條件，系統(tǒng)一定有由兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程組成的—條環(huán)路，該環(huán)路中的每個(gè)進(jìn)程都在等待著相鄰進(jìn)程正占用著的資源。

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖死鎖第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖引起死鎖情況－申請(qǐng)獨(dú)占性的設(shè)備

－進(jìn)程A對(duì)記錄R1加了鎖，進(jìn)程B對(duì)記錄R2加了鎖，接著兩進(jìn)程又試圖各自把對(duì)方的記錄也加鎖也會(huì)產(chǎn)生死鎖

資源(resource)

：把需要排它性使用的這類對(duì)象稱作為資源；可以是硬件或是一組信息；分可剝奪的和不可剝奪的兩類．死鎖和資源：可剝奪資源的潛在的死鎖通?？梢酝ㄟ^在進(jìn)程間重新分配資源化解，所以死鎖主要和不可剝奪資源有關(guān)。

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖引起死鎖情況第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖討論題:1、什么是進(jìn)程調(diào)度？有哪些調(diào)度類型？

2、選擇調(diào)度方式和算法要遵循哪些準(zhǔn)則？

3、有哪些調(diào)度算法？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

4、什么是死鎖？出現(xiàn)死鎖需要哪些條件？

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖討論題:Win32API下的多線程編程線程：是進(jìn)程的一條執(zhí)行路徑，它包含獨(dú)立的堆棧和CPU寄存器狀態(tài)，每個(gè)線程共享所有的進(jìn)程資源，包括打開的文件、信號(hào)標(biāo)識(shí)及動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存等。

Win32API：是Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核與應(yīng)用程序之間的接口，它將內(nèi)核提供的功能進(jìn)行函數(shù)包裝，應(yīng)用程序通過調(diào)用相關(guān)函數(shù)而獲得相應(yīng)的系統(tǒng)功能。

用Win32函數(shù)創(chuàng)建和終止線程：－創(chuàng)建新的線程的函數(shù)

4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理Win32API下的多線程編程4.5多線程實(shí)現(xiàn)第－設(shè)置線程的優(yōu)先權(quán)函數(shù)：BOOLSetThreadPriority（HANDLEhThread，intnPriority）；－線程的執(zhí)行過程中終止函數(shù)：VOIDExitThread（DWORDdwExitCode）；

－在線程的外面終止線程函數(shù)：BOOLTerminateThread（HANDLEhThread，DWORDdwExitCode）；線程的同步

－互斥體對(duì)象（Mutex）－信號(hào)對(duì)象（Semaphore）－事件對(duì)象（Event）－排斥區(qū)對(duì)象（criticalsection）

4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理－設(shè)置線程的優(yōu)先權(quán)函數(shù)：4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管基于MFC的多線程編程MFC：是微軟的VisualC++開發(fā)集成環(huán)境中提供給程序員的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)，它用類庫(kù)的方式將Win32API進(jìn)行封裝，以類的方式提供給開發(fā)者。MFC中線程類別：工作線程和用戶接口線程。

工作線程：一個(gè)基本函數(shù)代表了一個(gè)線程，創(chuàng)建并啟動(dòng)線程后，線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài);如果線程用到共享資源，則需要進(jìn)行資源同步處理。

4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理基于MFC的多線程編程4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理用戶接口線程

：－MFC提供了兩個(gè)版本的AfxBeginThread函數(shù)，其中一個(gè)用于創(chuàng)建用戶接口線程。－調(diào)用線程類的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)線程對(duì)象；再調(diào)用CWinThread::CreateThread函數(shù)來創(chuàng)建接口線程線程同步

4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理用戶接口線程：4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理討論題:1、什么是多線程？

2、如何利用Win32函數(shù)創(chuàng)建和終止線程？

3、什么線程的同步？如何實(shí)現(xiàn)？

4、什么是MFC？在MFC中如何處理線程？

4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理討論題:4.5多線程實(shí)現(xiàn)第４章處理器管理實(shí)訓(xùn)目的：1．熟悉任務(wù)管理器常規(guī)操作。2．熟悉通過任務(wù)管理器實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理和性能監(jiān)視。3．了解任務(wù)管理的擴(kuò)展應(yīng)用4.了解禁用任務(wù)管理器。5.了解WindowsServer2003體系結(jié)構(gòu)。實(shí)訓(xùn)過程參見教材１２６頁(yè)實(shí)訓(xùn)報(bào)告參考教材１２６頁(yè)，按報(bào)告要求內(nèi)容填寫

4.6實(shí)訓(xùn)４Windows2003的進(jìn)程管理

第４章處理器管理實(shí)訓(xùn)目的：4.6實(shí)訓(xùn)４Windows2003的進(jìn)程管

小結(jié)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高了計(jì)算機(jī)資源的利用率，但程序并發(fā)執(zhí)行環(huán)境帶來了不可再現(xiàn)性的問題，為此，引入進(jìn)程概念用以描述程序并發(fā)執(zhí)行，解決程序并發(fā)執(zhí)行帶來的問題，使多道程序有效執(zhí)行。本章主要介紹了進(jìn)程、線程、進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程通信、進(jìn)程同步、進(jìn)程調(diào)度、死鎖、任務(wù)管理器等內(nèi)容。習(xí)題參見教材１２７-１２８頁(yè)

小結(jié)與習(xí)題第４章處理器管理小結(jié)小結(jié)與習(xí)題第４章處理器管理第４章處理器管理第４章處理器管理第４章處理器管理內(nèi)容框架

第４章處理器管理內(nèi)容框架學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容如何使用Windows2003任務(wù)管理器？什么是進(jìn)程與線程

?Windows2003進(jìn)程與線程是怎么樣的？什么是進(jìn)程通信與同步？有哪些算法？如何實(shí)現(xiàn)？什么是進(jìn)程調(diào)度與死鎖

?有哪些算法？如何實(shí)現(xiàn)？什么是多線程？如何實(shí)現(xiàn)？第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解引入進(jìn)程機(jī)制能有效解決多道程序設(shè)計(jì)中的程序并行執(zhí)行問題，提高計(jì)算機(jī)資源的利用率。其中要求：掌握Windows2003的任務(wù)管理器使用；進(jìn)程的定義、狀態(tài)；理解進(jìn)程控制；理解并發(fā)進(jìn)程之間的互斥與同步；理解進(jìn)程的調(diào)度；理解進(jìn)程的死鎖以及產(chǎn)生死鎖的必要條件、排除死鎖的策略以及實(shí)現(xiàn)；了解線程的概念以及多線程的實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)內(nèi)容：Windows2003任務(wù)管理、進(jìn)程與線程、進(jìn)程通信、進(jìn)程調(diào)度、多線程。第４章處理器管理學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解引入進(jìn)程機(jī)制能有效解決多道程序設(shè)計(jì)中的程序并行第４章處理器管理概述：任務(wù)管理器是Windows系統(tǒng)中自帶的軟件，用于對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控。程序名為taskmgr.exe

．啟動(dòng)任務(wù)管理器方法認(rèn)識(shí)任務(wù)管理器：應(yīng)用程序、進(jìn)程性能、聯(lián)網(wǎng)、用戶查看和操作任務(wù)管理器應(yīng)用技巧：同時(shí)最小化多個(gè)窗口

降低BT軟件的資源占用率

禁用任務(wù)管理器

打開處理器的超線程

4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處理器管理概述：任務(wù)管理器是Windows系統(tǒng)中自帶討論題:１、如何結(jié)束進(jìn)程？２、任務(wù)管理有何用處？如何打開任務(wù)管理器？３、如果你不希望他人私自操作你的電腦任務(wù)管理器，你該如何處理？４、什么是超線程技術(shù)？

4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處理器管理討論題:4.1Windows2003任務(wù)管理第４章處第４章處理器管理進(jìn)程的定義和描述進(jìn)程(process)：是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程。

進(jìn)程和程序區(qū)別和聯(lián)系：－進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的。程序是代碼的集合；進(jìn)程是程序的執(zhí)行。

－進(jìn)程是暫時(shí)的，程序是永久的。進(jìn)程是狀態(tài)變化的過程；程序可長(zhǎng)久保存。

－進(jìn)程與程序的組成不同：進(jìn)程的組成包括程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊－進(jìn)程與程序是密切相關(guān)的。一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；通過調(diào)用關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可包括多個(gè)程序。進(jìn)程可創(chuàng)建其他進(jìn)程，而程序并不能形成新的程序。進(jìn)程是程序代碼的執(zhí)行過程，但并不是所有代碼執(zhí)行過程都從屬于某個(gè)進(jìn)程。

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理進(jìn)程的定義和描述4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理進(jìn)程控制塊（PCB）：是由操作系統(tǒng)維護(hù)的用來記錄進(jìn)程相關(guān)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。－進(jìn)程描述信息：進(jìn)程標(biāo)識(shí)符(processID)、進(jìn)程名、用戶標(biāo)識(shí)符(userID)和進(jìn)程組(processgroup)等－進(jìn)程控制信息：當(dāng)前狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、代碼執(zhí)行入口地址、程序的外存地址、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息（執(zhí)行時(shí)間、頁(yè)面調(diào)度）、進(jìn)程阻塞原因等－資源占用信息：進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源列表－處理器現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)：保存寄存器值

進(jìn)程上下文：對(duì)進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過程的靜態(tài)描述，包括進(jìn)程的用戶地址空間內(nèi)容、處理器中寄存器內(nèi)容及與該進(jìn)程相關(guān)的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等－分成用戶級(jí)上下文－寄存器級(jí)上下文－系統(tǒng)級(jí)上下文。

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理進(jìn)程控制塊（PCB）：是由操作系統(tǒng)維護(hù)的用第４章處理器管理線程的概念

線程(Thread)：是一個(gè)動(dòng)態(tài)的對(duì)象，它是處理器調(diào)度的基本單位，表示進(jìn)程中的一個(gè)控制點(diǎn)，執(zhí)行一系列的指令。線程的優(yōu)點(diǎn)：－線程的創(chuàng)建時(shí)間比進(jìn)程短；－線程的終止時(shí)間比進(jìn)程短；－同進(jìn)程內(nèi)的線程切換時(shí)間比進(jìn)程短；－線程可直接進(jìn)行不通過內(nèi)核進(jìn)行通信。內(nèi)核線程(kernel-levelthread)：是指由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成創(chuàng)建和撤銷，用來執(zhí)行一個(gè)指定的函數(shù)線程。用戶線程(user-levelthread)：是指不依賴于操作系統(tǒng)核心，由應(yīng)用進(jìn)程利用線程庫(kù)提供創(chuàng)建、同步、調(diào)度和管理線程的函數(shù)來控制的線程。4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理線程的概念4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理進(jìn)程與線程的比較

地址空間資源通信關(guān)系調(diào)度切換進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

五狀態(tài)進(jìn)程模型

4.２進(jìn)程與線程的概念

運(yùn)行狀態(tài)(Running)、就緒狀態(tài)(Ready)、阻塞狀態(tài)(Blocked)、創(chuàng)建狀態(tài)(New)、退出狀態(tài)(Exit)

第４章處理器管理進(jìn)程與線程的比較4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理五狀態(tài)進(jìn)程模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

(1)創(chuàng)建新進(jìn)程(2)收容(Admit,也稱為提交)(3)調(diào)度運(yùn)行(Dispatch)(4)釋放(Release)(5)超時(shí)（Timeout）(6)事件等待（EventWait）(7)事件出現(xiàn)（EventOccurs）4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理五狀態(tài)進(jìn)程模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換4.２進(jìn)程與線第４章處理器管理掛起進(jìn)程模型－單掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理－雙掛起進(jìn)程模型

4.２進(jìn)程與線程的概念

第４章處理器管理－雙掛起進(jìn)程模型4.２進(jìn)程與線程的概念第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

掛起（suspend）：把一個(gè)進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存

－阻塞到阻塞掛起－就緒到就緒掛起－運(yùn)行到就緒掛起激活（activate）：把一個(gè)進(jìn)程從外存轉(zhuǎn)到內(nèi)存－就緒掛起到就緒

－阻塞掛起到阻塞

事件出現(xiàn)（eventoccur）：進(jìn)程等待的事件出現(xiàn)，如操作完成、申請(qǐng)成功等；－阻塞到就緒

－阻塞掛起到就緒掛起

收容(admit)：收容一個(gè)新進(jìn)程，進(jìn)入就緒狀態(tài)或就緒掛起狀態(tài)。第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念掛起（suspe第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows進(jìn)程進(jìn)程的創(chuàng)建和退出：－子進(jìn)程與父進(jìn)程：一個(gè)進(jìn)程可利用系統(tǒng)調(diào)用功能來創(chuàng)建新的進(jìn)程，創(chuàng)建者稱為父進(jìn)程，而被創(chuàng)建的新進(jìn)程稱為子進(jìn)程。－進(jìn)程的退出：通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行的，也稱為“進(jìn)程終止”。在進(jìn)程的退出過程中，操作系統(tǒng)要?jiǎng)h除系統(tǒng)維護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并回收進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源

進(jìn)程的阻塞和喚醒：進(jìn)程在執(zhí)行過程中會(huì)因?yàn)榈却齀/O操作完成或等待某個(gè)事件出現(xiàn)而進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程所等待的操作完成或事件出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)程將會(huì)從阻塞狀態(tài)喚醒而進(jìn)入就緒狀態(tài)。用戶可通過相應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用來等待某個(gè)事件或喚醒某個(gè)阻塞進(jìn)程。

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows2003進(jìn)程管理

：Windows中的進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的基本單位。Windows進(jìn)程是作為對(duì)象來管理，進(jìn)程對(duì)象的屬性包括：進(jìn)程標(biāo)識(shí)(PID)、資源訪問令牌(AccessToken)、進(jìn)程的基本優(yōu)先級(jí)(BasePriority)和默認(rèn)親合處理器集合(ProcessorAffinity)等－Win32進(jìn)程執(zhí)行體進(jìn)程塊(EPROCESS)

：線程塊列表、虛擬地址空間描述表、對(duì)象句柄列表－Win32子系統(tǒng)的進(jìn)程控制系統(tǒng)調(diào)用：CreateProcess（創(chuàng)建新進(jìn)程及其主線程）、ExitProcess（終止一個(gè)進(jìn)程和它的所有線程）、TerminateProcess（終止指定的進(jìn)程和它的所有線程）。－Windows2003程序調(diào)試機(jī)制第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

Windows線程

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念Windows討論題:

１、什么是進(jìn)程？什么是線程？進(jìn)程和線程的區(qū)別是什么？２、進(jìn)程調(diào)度有哪幾種算法？

３、Windows2003如何進(jìn)行進(jìn)程管理的？４、Windows2003中的每個(gè)Win32進(jìn)程都由一個(gè)執(zhí)行體進(jìn)程塊表示，該執(zhí)行體進(jìn)程塊中的主要內(nèi)容包括哪些？

5、請(qǐng)說明進(jìn)程模型中等待狀態(tài)和阻塞狀態(tài)的區(qū)別。

第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念

討論題:第４章處理器管理4.２進(jìn)程與線程的概念進(jìn)程間通信

按通信量的大小分：低級(jí)通信、高級(jí)通信

按是否有第三方作為中轉(zhuǎn)分：直接通信、間接通信

進(jìn)程間通信考慮特征：通信鏈路特征、數(shù)據(jù)格式、收發(fā)雙方的同步方式等互斥算法進(jìn)程互斥的解決方法：由競(jìng)爭(zhēng)各方平等協(xié)商、引入進(jìn)程管理者資源共享的程度三個(gè)層次：互斥(mutualexclusion)、死鎖(deadlock)和饑餓(starvation)。

4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理進(jìn)程間通信4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理多進(jìn)程系統(tǒng)中，進(jìn)程間的相互制約關(guān)系三種類型

4.3進(jìn)程通信與同步第４章處理器管理多進(jìn)程系統(tǒng)中，進(jìn)程間的相互制約關(guān)系三種類型4.3進(jìn)程第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步臨界資源的訪問過程

進(jìn)程互斥的軟件方法

－單標(biāo)志算法

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步臨界資源的訪問過程

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－雙標(biāo)志、先檢查算法

－雙標(biāo)志、先修改后檢查算法第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－雙標(biāo)第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－先修改、后檢查、后修改者等待算法

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－先修改、后檢查、第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步進(jìn)程互斥的硬件方法

－TS(Test-and-Set)指令

－Swap指令（或Exchange指令）

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步進(jìn)程互斥的硬件方法信號(hào)量：信號(hào)量是荷蘭學(xué)者Dijkstra提出的一種進(jìn)程同步機(jī)制

信號(hào)量和P、V原語

－P原語：

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步－Ｖ原語：信號(hào)量：信號(hào)量是荷蘭學(xué)者Dijkstra提出的一種進(jìn)程同步機(jī)信號(hào)量集：AND型信號(hào)量集、一般“信號(hào)量集”

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步管程

概述：管程是為了解決信號(hào)量機(jī)制面臨的困難而提出的一種新的進(jìn)程間同步機(jī)制，它把對(duì)信號(hào)量的控制集中在管程內(nèi)部，保證進(jìn)程互斥地訪問共享變量，并方便地阻塞和喚醒進(jìn)程。管程優(yōu)點(diǎn)：－管程的封裝良好，可增強(qiáng)模塊的獨(dú)立性。－引入管程可提高代碼的可讀性，便于修改和維護(hù)，正確性易于保證。

管程與進(jìn)程的區(qū)別：進(jìn)程是為了描述程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程，而設(shè)置管程是為了進(jìn)行進(jìn)程的同步，協(xié)調(diào)進(jìn)程的相互關(guān)系和對(duì)共享資源進(jìn)行訪問。操作系統(tǒng)維護(hù)的進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是進(jìn)程控制塊，而與管程相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是等待隊(duì)列。管程可被進(jìn)程調(diào)用。管程與操作系統(tǒng)中的共享資源相關(guān)，沒有創(chuàng)建和撤消；而進(jìn)程有創(chuàng)建和撤消。信號(hào)量集：AND型信號(hào)量集、一般“信號(hào)量集”第４章處討論題:1、進(jìn)程間通信要考慮到通信過程中哪些特征？

2、什么是進(jìn)程互斥？互斥算法有哪些？

3、什么信號(hào)量和信號(hào)量集？

4、請(qǐng)簡(jiǎn)述你對(duì)P、V原語理解。

5、什么是管程？有何好處？

第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步討論題:第４章處理器管理4.3進(jìn)程通信與同步調(diào)度的類型和模型

調(diào)度類型

－高級(jí)調(diào)度(HighLevelScheduling)－低級(jí)調(diào)度(LowLevelScheduling)

－中級(jí)調(diào)度（Intermediate-LevelScheduling）調(diào)度隊(duì)列模型

－僅有進(jìn)程調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型－具有高級(jí)和低級(jí)調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型－同時(shí)具有三級(jí)調(diào)度的調(diào)度隊(duì)列模型選擇調(diào)度方式和算法的若干準(zhǔn)則－面向用戶的原則－面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則

4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理調(diào)度的類型和模型4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理調(diào)度算法

調(diào)度：實(shí)質(zhì)是一種資源分配

調(diào)度算法：根據(jù)系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法先來先服務(wù)算法（FCFS

）：按進(jìn)程的到達(dá)先后順序進(jìn)行調(diào)度

最短作業(yè)優(yōu)先算法（SJF

）時(shí)間片時(shí)鐘算法多級(jí)隊(duì)列算法

(Multiple-levelQueue)

優(yōu)先級(jí)算法

(PriorityScheduling)

多級(jí)反饋隊(duì)列算法

(RoundRobinwithMultipleFeedback)

多級(jí)反饋隊(duì)列算法

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖調(diào)度算法第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖死鎖

死鎖的定義：假若在一個(gè)進(jìn)程集合中的每個(gè)進(jìn)程都在等待只能由該集合中的其他一個(gè)進(jìn)程才能引發(fā)的事件，那么這種狀態(tài)被看成為死鎖。死鎖的條件：

－互斥條件，每個(gè)資源要么被分配給了一個(gè)進(jìn)程，要么是空閑的。－部分分配(占有以及等待條件)，已經(jīng)得到了資源的進(jìn)程可以再申請(qǐng)新的資源。－非剝奪條件，已經(jīng)分配給一個(gè)進(jìn)程的資源不能被剝奪掉，它只能被占有著它的進(jìn)程顯式地釋放出來。－循環(huán)等待的條件，系統(tǒng)一定有由兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程組成的—條環(huán)路，該環(huán)路中的每個(gè)進(jìn)程都在等待著相鄰進(jìn)程正占用著的資源。

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖死鎖第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖引起死鎖情況－申請(qǐng)獨(dú)占性的設(shè)備

－進(jìn)程A對(duì)記錄R1加了鎖，進(jìn)程B對(duì)記錄R2加了鎖，接著兩進(jìn)程又試圖各自把對(duì)方的記錄也加鎖也會(huì)產(chǎn)生死鎖

資源(resource)

：把需要排它性使用的這類對(duì)象稱作為資源；可以是硬件或是一組信息；分可剝奪的和不可剝奪的兩類．死鎖和資源：可剝奪資源的潛在的死鎖通常可以通過在進(jìn)程間重新分配資源化解，所以死鎖主要和不可剝奪資源有關(guān)。

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖引起死鎖情況第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)度與死鎖討論題:1、什么是進(jìn)程調(diào)度？有哪些調(diào)度類型？

2、選擇調(diào)度方式和算法要遵循哪些準(zhǔn)則？

3、有哪些調(diào)度算法？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

4、什么是死鎖？出現(xiàn)死鎖需要哪些條件？

第４章處理器管理4.4進(jìn)程調(diào)