1第二章

進(jìn)程描述和控制

程序（Program）類似：建好的工廠，未開啟運(yùn)行2啟動(dòng)，忙碌起來，才能反映效果。描述這個(gè)忙碌的過程---進(jìn)程(process）3協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)進(jìn)程狀態(tài)4不能無休止運(yùn)動(dòng)下去，生命有終結(jié)時(shí)。添加“創(chuàng)建”和“終止”，變成5狀態(tài)的進(jìn)程5線程（threshold）房間里的具體的工作人員，多個(gè)人共享一個(gè)房間（資源）6進(jìn)程可包含多個(gè)線程7進(jìn)程和線程關(guān)系8進(jìn)程：資源擁有者，動(dòng)態(tài)的。（目標(biāo)：協(xié)同完成同一個(gè)任務(wù)！）9線程一般不擁有資源，是受派遣者（只負(fù)責(zé)：從這條線過的，必須繳費(fèi)）10進(jìn)程的基本概念

2.1前趨圖程序執(zhí)行2.2

進(jìn)程的描述程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)，必會(huì)共享系統(tǒng)資源。進(jìn)程，是描述程序執(zhí)行時(shí)的動(dòng)態(tài)特征P3211

程序的順序執(zhí)行及其特征1.程序的順序執(zhí)行程序的執(zhí)行：順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行；一個(gè)應(yīng)用程序分成若干個(gè)程序段，各程序段之間，必須按照某種先后次序順序執(zhí)行。用結(jié)點(diǎn)(Node)代表各程序段的操作(I代表輸入操作，C代表計(jì)算操作，P代表打印操作)，用箭頭指示操作的先后次序;一個(gè)程序段中的多條語句也有執(zhí)行順序問題12執(zhí)行順序問題對一個(gè)程序段中的多條語句來說，也有一個(gè)執(zhí)行順序問題，例如對于下述三條語句的程序段:S1:a:=x+y；S2:b:=a-5；S3:c:=b+1；

其中，語句S2必須在語句S1之后(即a被賦值)才能執(zhí)行；同樣，語句S3也只能在b被賦值后才能執(zhí)行。因此，這三條語句應(yīng)按圖所示的順序執(zhí)行。

13圖2程序的順序執(zhí)行

14三個(gè)程序間順序執(zhí)行考慮時(shí)間上關(guān)系，如下所示:t輸入：計(jì)算：輸出：I1C1P1I2C2P2I3C3P3

t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10Δt程序1：I1C1P1程序2：程序3：I2C2P2I3C3P39個(gè)Δt

15順序執(zhí)行與并發(fā)執(zhí)行任意程序都存在著Ii→Ci→Pi

這樣的前驅(qū)關(guān)系，因而對一個(gè)用戶程序的輸入、計(jì)算和打印這三個(gè)操作，必須順序執(zhí)行。但在多道環(huán)境下并不存在或并不要求Pi→Ii+1

關(guān)系，即Ii、Cj

和Pk（i≠j≠k）之間并不存在前驅(qū)關(guān)系。因而在對一批程序處理時(shí)，可使它們并發(fā)執(zhí)行，這就產(chǎn)生了并發(fā)操作。16三個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行的前驅(qū)圖

輸入：計(jì)算：輸出：

t0t1t2t3t4t5t6ΔttI1I2I3C1C2C3P1P2P3時(shí)間:5個(gè)Δt并行并行并行17

2.程序順序執(zhí)行時(shí)的特征1.順序性

處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每一操作必須在上一個(gè)操作結(jié)束之后開始（可能有分支/循環(huán)）2.封閉性程序封閉的環(huán)境下運(yùn)行（獨(dú)占全部資源，計(jì)算機(jī)的資源狀態(tài)只有該程序的執(zhí)行邏輯決定）。程序一旦開始執(zhí)行，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素影響。3.可再現(xiàn)性程序執(zhí)行的初始條件相同，則結(jié)果相同（連續(xù)不停頓的執(zhí)行，或“停停走走”地執(zhí)行）P33182.1.3程序并發(fā)執(zhí)行并發(fā)（concurrency）?

并行（parallellism）

并行：兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生

并發(fā)：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔發(fā)生并行：在不同實(shí)體上的多個(gè)事件

并發(fā)：在同一實(shí)體上的多個(gè)事件并行：在多臺(tái)處理器上同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)

并發(fā)：在一臺(tái)處理器上“同時(shí)”處理多個(gè)任務(wù)并行：三個(gè)人同時(shí)吃三個(gè)饅頭并發(fā)：一個(gè)人同時(shí)吃三個(gè)饅頭重點(diǎn)掌握！19處理機(jī)1處理機(jī)1處理機(jī)1處理機(jī)1處理機(jī)1處理機(jī)1處理機(jī)2處理機(jī)2處理機(jī)3處理機(jī)320212.1.3程序并發(fā)執(zhí)行1.程序的并發(fā)執(zhí)行

一個(gè)作業(yè)的輸入、計(jì)算和打印三個(gè)操作，必須順序執(zhí)行;并不存在Pi→Ii+1的關(guān)系，在對一批程序進(jìn)行處理時(shí)，可使它們并發(fā)執(zhí)行22t輸入：計(jì)算：輸出：I1C1P1I2C2P2I3C3P3

t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10Δt9個(gè)Δt

輸入：計(jì)算：輸出：

t0t1t2t3t4t5t6ΔttI1I2I3C1C2C3P1P2P3時(shí)間:5個(gè)Δt并行并行并行23對于具有下述四條語句的程序段：S1:a:=x+2S2:b:=y+4S3:c:=a+bS4:d:=c+b

圖2-4四條語句的前趨關(guān)系

242.程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)的特征間斷性(異步性)程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于共享系統(tǒng)資源和相互合作，形成了相互制約的關(guān)系，導(dǎo)致“執(zhí)行

暫停

執(zhí)行”這種間斷性的活動(dòng)252.程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)的特征2.失去封閉性多個(gè)程序共享系統(tǒng)資源，因而資源的狀態(tài)將由多個(gè)程序來改變（不一個(gè)人所有，不能關(guān)門獨(dú)占）3.不可再現(xiàn)性失去了封閉性，也將導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性(不上鎖門，沒法保證明天再來時(shí)，內(nèi)容不變）262.2進(jìn)程的描述1.

進(jìn)程的特征和定義2.

進(jìn)程的三種基本狀態(tài)3.

掛起狀態(tài)、創(chuàng)建狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)4.進(jìn)程管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)P35271.進(jìn)程的特征和定義為使程序能并發(fā)執(zhí)行，且為了對并發(fā)執(zhí)行的程序加以描述和控制，引入了“進(jìn)程”?！斑M(jìn)程”！28進(jìn)程的特征與狀態(tài)進(jìn)程的特征結(jié)構(gòu)特征:程序段、相關(guān)數(shù)據(jù)段和PCB(進(jìn)程映像)1.動(dòng)態(tài)性:由創(chuàng)建而產(chǎn)生,由調(diào)度而執(zhí)行,由撤消而消亡2.并發(fā)性：多進(jìn)程同存于內(nèi)存，在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行3.獨(dú)立性：進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立分配資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位4.異步性：各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推迸（異步方式運(yùn)行）29

結(jié)構(gòu)特征早期的UNIX版本中，把這三部分總稱為“進(jìn)程映像”。在許多情況下所說的進(jìn)程，實(shí)際上是指進(jìn)程實(shí)體，例如，所謂創(chuàng)建進(jìn)程，實(shí)質(zhì)上是創(chuàng)建進(jìn)程實(shí)體中的PCB；而撤消進(jìn)程，實(shí)質(zhì)上是撤消進(jìn)程的PCB。

通常的程序是不能并發(fā)執(zhí)行的。為使程序(含數(shù)據(jù))能獨(dú)立運(yùn)行，應(yīng)為之配置一進(jìn)程控制塊，即PCB(ProcessControlBlock)；進(jìn)程實(shí)體包含3部分：程序段、相關(guān)數(shù)據(jù)段和PCB30

1)動(dòng)態(tài)性進(jìn)程實(shí)體有一定的生命期，而程序則只是一組有序指令的集合，并存放于某種介質(zhì)上，其本身并不具有運(yùn)動(dòng)的含義，因而是靜態(tài)的。進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是進(jìn)程實(shí)體的一次執(zhí)行過程，因此，動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程的最基本的特征。動(dòng)態(tài)性還表現(xiàn)在：“它由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，由撤消而消亡”。31

2)并發(fā)性引入進(jìn)程的目的，正是為了使進(jìn)程實(shí)體能和其它進(jìn)程實(shí)體并發(fā)執(zhí)行；而程序(沒有建立PCB)是不能并發(fā)執(zhí)行的。

指多個(gè)進(jìn)程實(shí)體同存于內(nèi)存中，且能在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。并發(fā)性是進(jìn)程的重要特征，同時(shí)也成為OS的重要特征。323)獨(dú)立性傳統(tǒng)OS中，獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立分配資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位。凡未建立PCB的程序都不能作為一個(gè)獨(dú)立的單位參與運(yùn)行。4)異步性進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，或說進(jìn)程實(shí)體按異步方式運(yùn)行。

33進(jìn)程的定義許多人從不同的角度下過定義，較典型的進(jìn)程定義有：(1)進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行。(2)進(jìn)程是一個(gè)程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上順序執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)。(3)進(jìn)程是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行的過程，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。

進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。34就緒(Ready)狀態(tài)進(jìn)程已分配到除CPU以外的所有必要資源的狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程可能有多個(gè)，常排成一個(gè)隊(duì)列，稱為就緒隊(duì)列。執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)程已獲得CPU，其程序正在執(zhí)行。阻塞狀態(tài)由于發(fā)生某事件而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行，放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)，把這種暫停狀態(tài)稱為阻塞狀態(tài)(也稱為等待/鎖狀態(tài))。2.進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換35進(jìn)程阻塞的典型事件有：請求I/O，申請緩沖空間等。處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程排成隊(duì)列。有的系統(tǒng)則根據(jù)阻塞原因的不同，把處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程排成多個(gè)隊(duì)列。進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換

重點(diǎn)掌握！36進(jìn)程掛起的原因(1)終端用戶的請求:

程序運(yùn)行有問題時(shí)，希望暫時(shí)使程序靜止下來。進(jìn)程暫停執(zhí)行；進(jìn)程處于就緒狀態(tài),暫不調(diào)度。這種靜止?fàn)顟B(tài)稱為掛起狀態(tài)。

(2)父進(jìn)程請求:有時(shí)父進(jìn)程希望掛起自己的某個(gè)子進(jìn)程，以便考查和修改該子進(jìn)程，或協(xié)調(diào)各子進(jìn)程間的活動(dòng)。

(3)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要(4)操作系統(tǒng)的需要:操作系統(tǒng)有時(shí)希望掛起某些進(jìn)程，以便檢查運(yùn)行中的資源使用情況或進(jìn)行記賬。37進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在引入掛起狀態(tài)后，將增加從掛起狀態(tài)(靜止?fàn)顟B(tài))到非掛起狀態(tài)(活動(dòng)狀態(tài))的轉(zhuǎn)換；或者相反。有以下幾種情況：(1)活動(dòng)就緒

靜止就緒(Readys)[Suspend](2)活動(dòng)阻塞

靜止阻塞(Blockeds)[Suspend](3)靜止就緒

活動(dòng)就緒(Readya)[Active](4)靜止阻塞

活動(dòng)阻塞(Blockeda)[Active]38具有掛起狀態(tài)的進(jìn)程狀態(tài)圖391)創(chuàng)建狀態(tài)

3.創(chuàng)建狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)

創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程一般要通過兩個(gè)步驟：

①

為新進(jìn)程創(chuàng)建PCB，并填寫必要的管理信息。

②

進(jìn)程轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)并插入就緒隊(duì)列之中。

新進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)，分配PCB并填寫進(jìn)程標(biāo)識(shí)等信息，但由于進(jìn)程所必需的資源或其它信息尚未得到，即創(chuàng)建工作尚未完成，進(jìn)程還不能被調(diào)度運(yùn)行，這時(shí)的狀態(tài)就是創(chuàng)建狀態(tài)。引入創(chuàng)建狀態(tài)，是為了保證進(jìn)程調(diào)度必須在創(chuàng)建工作完成后進(jìn)行，以確保對進(jìn)程控制塊操作的完整性。402)終止?fàn)顟B(tài)導(dǎo)致進(jìn)程終止的3原因：（1）（自然死亡）進(jìn)程到達(dá)了自然結(jié)束點(diǎn)（2）（病死）出現(xiàn)了無法克服的錯(cuò)誤（3）（他殺）被操作系統(tǒng)所終結(jié)，或被其他有終止權(quán)的進(jìn)程所終結(jié)

進(jìn)程的終止也要通過兩個(gè)步驟：

①

等待操作系統(tǒng)進(jìn)行善后處理。

②將其PCB清零，并將PCB空間返還系統(tǒng)。41

增加創(chuàng)建狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)后，進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換圖衍變?yōu)槲宸N狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系圖進(jìn)程的五種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

重點(diǎn)掌握！42圖2-8

具有創(chuàng)建、終止和掛起狀態(tài)的進(jìn)程狀態(tài)圖

(1)創(chuàng)建→活動(dòng)就緒：系統(tǒng)性能和內(nèi)存均允許的情況下，完成對進(jìn)程創(chuàng)建的必要操作后，系統(tǒng)進(jìn)程將進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為活動(dòng)就緒狀態(tài)。(2)創(chuàng)建→靜止就緒：并不分配給新建進(jìn)程所需資源（主要是主存），系統(tǒng)進(jìn)程將進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)為靜止就緒狀態(tài)，對換到外存，不再參與調(diào)度，此時(shí)進(jìn)程創(chuàng)建工作尚未完成。P39432.

進(jìn)程控制塊

(PCB,processcontrolblock)進(jìn)程控制塊的作用進(jìn)程控制塊中的信息進(jìn)程控制塊的組織方式P40441.進(jìn)程控制塊的作用為描述和控制進(jìn)程的運(yùn)行，系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——進(jìn)程控制塊PCB(ProcessControlBlock)，它是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的、用于描述進(jìn)程的當(dāng)前情況以及控制進(jìn)程運(yùn)行的全部信息。作用：使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序(含數(shù)據(jù))，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。系統(tǒng)利用PCB來控制和管理進(jìn)程，所以PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志

，進(jìn)程與PCB是一一對應(yīng)45涉及PCB的操作：在進(jìn)程的整個(gè)生命期中，系統(tǒng)總是通過PCB對進(jìn)程進(jìn)行控制。所以PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。

1.OS要調(diào)度某進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，要從進(jìn)程的PCB中查出其現(xiàn)行狀態(tài)及優(yōu)先級(jí)；2.調(diào)度到某進(jìn)程后，根據(jù)PCB中保存的處理機(jī)狀態(tài)信息，設(shè)置該進(jìn)程運(yùn)行現(xiàn)場，并根據(jù)其PCB中的程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址，找到程序和數(shù)據(jù)；3.進(jìn)程執(zhí)行過程中，合作進(jìn)程間需要進(jìn)程同步、通信或訪問文件時(shí)，也都要訪問PCB；4.進(jìn)程由于某種原因而暫停執(zhí)行時(shí)，也要將斷點(diǎn)的處理機(jī)環(huán)境保存在PCB中。46當(dāng)系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程時(shí)，就為它建立了一個(gè)PCB；進(jìn)程結(jié)束時(shí)又回收其PCB，進(jìn)程于是也隨之消亡。PCB可被操作系統(tǒng)讀寫，如調(diào)度程序、資源分配程序、中斷處理程序以及監(jiān)督和分析程序等讀或修改。因?yàn)镻CB經(jīng)常被系統(tǒng)訪問，尤其是被運(yùn)行頻率很高的進(jìn)程及分派程序訪問，故PCB應(yīng)常駐內(nèi)存。PCB專區(qū):系統(tǒng)將所有的PCB組織成若干個(gè)鏈表(或隊(duì)列)，存放在操作系統(tǒng)中專門開辟的PCB區(qū)內(nèi)。

如：在Linux系統(tǒng)中用task_struct來描述每個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，Windows操作系統(tǒng)中則使用一個(gè)執(zhí)行體進(jìn)程塊(EPROCESS)來表示進(jìn)程對象的基本屬性。

472.進(jìn)程控制塊中的信息進(jìn)程標(biāo)識(shí)符:進(jìn)程標(biāo)識(shí)符用于惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程（內(nèi)部標(biāo)識(shí)符和外部標(biāo)識(shí)符）處理機(jī)狀態(tài):處理機(jī)的各種寄存器的內(nèi)容組成(通用寄存器、指令計(jì)數(shù)器、程序狀態(tài)字PSW、用戶棧指針)進(jìn)程調(diào)度信息：與進(jìn)程調(diào)度和進(jìn)程對換有關(guān)的信息,包括：①進(jìn)程狀態(tài)；②進(jìn)程優(yōu)先級(jí)；③進(jìn)程調(diào)度所需的其它信息；④事件等。進(jìn)程控制信息：①程序和數(shù)據(jù)的地址②進(jìn)程同步和通信機(jī)制，如消息隊(duì)列指針、信號(hào)量等③資源清單④鏈接指針482.3

進(jìn)程控制1進(jìn)程的創(chuàng)建2進(jìn)程的終止3進(jìn)程的阻塞和喚醒4進(jìn)程的掛起和激活進(jìn)程控制是進(jìn)程管理中最基本的功能（1）創(chuàng)建新進(jìn)程，（2）終止進(jìn)程（終止因出現(xiàn)某事件而無法運(yùn)行的進(jìn)程），（3）進(jìn)程運(yùn)行中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程控制一般是由OS的內(nèi)核中的原語來實(shí)現(xiàn)的492.3.2

進(jìn)程的創(chuàng)建1.進(jìn)程圖(ProcessGraph)用于描述一個(gè)進(jìn)程的家族關(guān)系的有向樹圖2-13

進(jìn)程樹

50

進(jìn)程的創(chuàng)建在進(jìn)程D創(chuàng)建了進(jìn)程I之后，稱D是I的父進(jìn)程(ParentProcess)，I是D的子進(jìn)程(ProgenyProcess)。子進(jìn)程可以繼承父進(jìn)程的資源;在PCB中設(shè)置有家族關(guān)系表項(xiàng)來表示父子進(jìn)程關(guān)系512.引起進(jìn)程創(chuàng)建的事件為使程序能運(yùn)行，就必須為它創(chuàng)建進(jìn)程。導(dǎo)致進(jìn)程創(chuàng)建的典型事件有四類：1.用戶登錄:

分時(shí)系統(tǒng)中的合法用戶進(jìn)入系統(tǒng),將為該終端建立一個(gè)進(jìn)程，并把它放入就緒隊(duì)列。2.作業(yè)調(diào)度:

調(diào)度到某作業(yè)時(shí)，將該作業(yè)裝入內(nèi)存，分配必要的資源，并立即為它創(chuàng)建進(jìn)程，放入就緒隊(duì)列中。3.提供服務(wù):

用戶程序提出某種請求后，系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來提供用戶所需要的服務(wù)(如打印請求)4.應(yīng)用請求:

應(yīng)用進(jìn)程自己創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，以便使新進(jìn)程以并發(fā)運(yùn)行方式完成特定任務(wù)52創(chuàng)建新進(jìn)程,調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語Creat(),有以下步驟：3.進(jìn)程的創(chuàng)建(CreationofProcess)1.申請空白PCB(申請唯一的標(biāo)識(shí)符)2.為新進(jìn)程分配資源為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間3.初始化PCB（進(jìn)程控制塊）

初始化標(biāo)識(shí)信息;

初始化處理機(jī)狀態(tài)信息，使程序計(jì)數(shù)器指向程序的入口地址，使棧指針指向棧頂；

初始化處理機(jī)控制信息(狀態(tài),優(yōu)先級(jí))4.將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列532.3.3

進(jìn)程的終止1.引起進(jìn)程終止的事件正常結(jié)束（壽終正寢）異常結(jié)束（病死）外界干預(yù)（被殺）2.進(jìn)程的終止過程P4554異常結(jié)束運(yùn)行期間，出現(xiàn)錯(cuò)誤和故障，被迫終止。常見的異常事件：1.越界錯(cuò)誤：程序所訪問的存儲(chǔ)區(qū)已越出進(jìn)程的區(qū)域。2.保護(hù)錯(cuò)：指進(jìn)程試圖去訪問一個(gè)不允許訪問的資源或文件，或者以不適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行訪問，例如，進(jìn)程試圖去寫一個(gè)只讀文件。3.非法指令：指程序試圖去執(zhí)行一條不存在的指令。出現(xiàn)該錯(cuò)誤的原因，可能是程序錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)區(qū)，把數(shù)據(jù)當(dāng)成了指令。554.特權(quán)指令錯(cuò)：用戶進(jìn)程試圖去執(zhí)行一條只允許OS執(zhí)行的指令。5.運(yùn)行超時(shí)：執(zhí)行時(shí)間超過指定的最大值。6.等待超時(shí)：等待某事件的時(shí)間超過最大值。7.算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)：試圖去執(zhí)行一個(gè)被禁止的運(yùn)算(如被0除)。8.I/O故障：I/O過程中發(fā)生了錯(cuò)誤56外界干預(yù)1.OS/操作員干預(yù)如:發(fā)生了死鎖，OS/操作員終止該進(jìn)程。2.父進(jìn)程請求由于父進(jìn)程具有終止自己的任何子孫進(jìn)程的權(quán)力；當(dāng)父進(jìn)程提出請求時(shí)，系統(tǒng)將終止該進(jìn)程。3.父進(jìn)程終止父進(jìn)程終止時(shí)，OS也將它的所有子孫進(jìn)程終止。572.進(jìn)程的終止過程①

Terminatewho？根據(jù)進(jìn)程標(biāo)識(shí)符從PCB集合檢索出該進(jìn)程的PCB

②Excecute！進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)，則立即終止執(zhí)行，并設(shè)置調(diào)度標(biāo)志為真(重新調(diào)度用)

③剪除羽翼：進(jìn)程若有子孫進(jìn)程，則將所有子孫進(jìn)程予以終止

④沒收財(cái)產(chǎn)：進(jìn)程的所有資源歸還給系統(tǒng)/父進(jìn)程

⑤

重新投胎：進(jìn)程移出所在的PCB隊(duì)列，等待其他程序來搜集信息。582.2.4

進(jìn)程的阻塞和喚醒1.誰引起的？（引起進(jìn)程阻塞/喚醒的事件）2.如何阻塞？（阻塞過程）3.如何喚醒？（喚醒過程）P4659

1.誰引起的？

1.請求系統(tǒng)服務(wù)，需等待！請求OS提供服務(wù)時(shí)，OS在忙別的，不能滿足該進(jìn)程的要求，進(jìn)程只能轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)，等!

2.啟動(dòng)過某操作,等它完成！進(jìn)程啟動(dòng)某種操作后，如果進(jìn)程必須在該操作完成之后才能繼續(xù)執(zhí)行，則進(jìn)程必須阻塞，以等待操作完成。

3.新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)，等！對相互合作的進(jìn)程，如果一個(gè)進(jìn)程需先獲得另一進(jìn)程提供的數(shù)據(jù)后才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只要所需數(shù)據(jù)尚未到達(dá)，該進(jìn)程只有(等待)阻塞。

4.無新工作可做，等！特定功能的系統(tǒng)進(jìn)程，每當(dāng)這種進(jìn)程完成任務(wù)后，便把自己阻塞起來以等待新任務(wù)到來602.進(jìn)程阻塞過程1.調(diào)用原語:進(jìn)程無法繼續(xù)執(zhí)行，調(diào)用阻塞原語block()把自己阻塞(進(jìn)程自身的一種主動(dòng)行為)2.更改狀態(tài)：進(jìn)入block過程后，應(yīng)先立即停止執(zhí)行，把進(jìn)程控制塊中的現(xiàn)行狀態(tài)由“執(zhí)行”改為“阻塞”，并將其插入相應(yīng)的阻塞隊(duì)列

3.重新投胎：轉(zhuǎn)調(diào)度程序進(jìn)行重新調(diào)度，將處理機(jī)分配給另一就緒進(jìn)程并進(jìn)行切換，即:保留被阻塞進(jìn)程的處理機(jī)狀態(tài)(在PCB中)，再按新進(jìn)程的PCB中的處理機(jī)狀態(tài)設(shè)置CPU的環(huán)境。

613.進(jìn)程喚醒過程阻塞進(jìn)程所期待的事件出現(xiàn)時(shí)，則由有關(guān)進(jìn)程調(diào)用喚醒原語wakeup()，將等待該事件的進(jìn)程喚醒①把被阻塞的進(jìn)程從等待該事件的阻塞隊(duì)列中移出，將其PCB中的現(xiàn)行狀態(tài)由阻塞改為就緒

②將核PCB插入到就緒隊(duì)列中block原語和wakeup原語是一對作用相反的原語。某進(jìn)程調(diào)用了阻塞原語，則必須在與之相合作的另一進(jìn)程中/其他相關(guān)的進(jìn)程中安排喚醒原語，以能喚醒阻塞進(jìn)程；否則，被阻塞進(jìn)程將會(huì)因不能被喚醒而長久地處于阻塞狀態(tài)，從而再無機(jī)會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。622.3.5進(jìn)程的掛起與激活1.進(jìn)程的掛起檢查被掛起進(jìn)程的狀態(tài)，活動(dòng)就緒→靜止就緒;活動(dòng)阻塞→靜止阻塞為了方便用戶或父進(jìn)程考查該進(jìn)程的運(yùn)行情況，把該進(jìn)程的PCB復(fù)制到某指定的內(nèi)存區(qū)域。若被掛起的進(jìn)程正在執(zhí)行，則轉(zhuǎn)向調(diào)度程序重新調(diào)度。2.進(jìn)程的激活過程先將進(jìn)程從外存調(diào)入內(nèi)存，檢查該進(jìn)程的現(xiàn)行狀態(tài)，改為相應(yīng)的活動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度。632.4

進(jìn)程同步1進(jìn)程同步的基本概念2信號(hào)量機(jī)制3信號(hào)量的應(yīng)用4

管程機(jī)制異步性會(huì)造成混亂，尤其是在競爭臨界資源時(shí)（如多個(gè)進(jìn)程爭用共享變量、表格、鏈表時(shí)，有可能致使數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)）。進(jìn)程同步的主要任務(wù)使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。642.4.1進(jìn)程同步的基本概念1.兩種形式的制約關(guān)系2.臨界資源(CriticalResouce)3.臨界區(qū)4.同步應(yīng)遵循的規(guī)則P48651.兩種形式的制約關(guān)系在多道程序環(huán)境下，當(dāng)程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于資源共享和進(jìn)程合作，使同處于一個(gè)系統(tǒng)中的諸進(jìn)程之間可能存在著兩種形式的制約關(guān)系。間接相互制約關(guān)系（互斥）

直接相互制約關(guān)系（同步）

重點(diǎn)掌握！66間接相互制約關(guān)系（互斥）

對硬件資源的共享,如CPU、I/O設(shè)備等例如:有兩個(gè)進(jìn)程A和B，在A進(jìn)程提出打印請求時(shí)，系統(tǒng)已將惟一的一臺(tái)打印機(jī)分配給了進(jìn)程B，則此時(shí)進(jìn)程A只能阻塞；一旦進(jìn)程B將打印機(jī)釋放，則A進(jìn)程才能由阻塞改為就緒狀態(tài)。

67直接相互制約關(guān)系（同步）例如:

有一輸入進(jìn)程A通過單緩沖向進(jìn)程B提供數(shù)據(jù)。當(dāng)該緩沖空時(shí)，進(jìn)程B因不能獲得所需數(shù)據(jù)而阻塞，而當(dāng)進(jìn)程A把數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)后，便將進(jìn)程B喚醒；當(dāng)緩沖區(qū)已滿時(shí)，進(jìn)程A因不能再向緩沖區(qū)投放數(shù)據(jù)而阻塞，當(dāng)進(jìn)程B將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)取走后便可喚醒A。

進(jìn)程A進(jìn)程BBuffer682.

臨界資源(CriticalResouce)一次只能供一個(gè)進(jìn)程使用，使用完后歸還系統(tǒng)，才能給其他進(jìn)程使用。692.

臨界資源(CriticalResouce)臨界資源(CriticalResouce)：硬件資源，譬如打印機(jī)、磁帶機(jī)等，諸進(jìn)程間應(yīng)采取互斥方式，實(shí)現(xiàn)對這種資源的共享,特征：1.一次只能供一個(gè)進(jìn)程使用，使用完后歸還系統(tǒng)，才能給其他進(jìn)程使用。2.進(jìn)程對臨界資源必須互斥使用，以實(shí)現(xiàn)對臨界資源的共享訪問。

703.

臨界區(qū)只要是臨界資源，進(jìn)程都必須互斥地對它進(jìn)行訪問。在每個(gè)進(jìn)程中，訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)若能保證諸進(jìn)程互斥地進(jìn)入自己的臨界區(qū)，便可實(shí)現(xiàn)諸進(jìn)程對臨界資源的互斥訪問。71

臨界區(qū)：進(jìn)程中訪問臨界資源的代碼段

進(jìn)入?yún)^(qū)：臨界區(qū)前用于檢查臨界資源的代碼段

退出區(qū)：臨界區(qū)后用于恢復(fù)未被訪問標(biāo)志的代碼段

repeat

entrysection

進(jìn)入?yún)^(qū)criticalsection;（臨界區(qū)）

exitsection

退出區(qū)remaindersectionuntilfalse724.

同步應(yīng)遵循的規(guī)則

為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥地進(jìn)入自已的臨界區(qū)，可用軟件方法，更多的是在系統(tǒng)中設(shè)置專門的同步機(jī)構(gòu)來協(xié)調(diào)各進(jìn)程間的運(yùn)行。所有同步機(jī)制都應(yīng)遵循下述4準(zhǔn)則：1.空閑讓進(jìn)2.忙則等待3.有限等待4.讓權(quán)等待

重點(diǎn)掌握！73同步應(yīng)遵循的規(guī)則(1)空閑讓進(jìn)當(dāng)無進(jìn)程處于臨界區(qū)時(shí)，表明臨界資源處于空閑狀態(tài)，應(yīng)允許一個(gè)請求進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程立即進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以有效地利用臨界資源。忙則等待當(dāng)已有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，表明臨界資源正在被訪問，因而其它試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待，以保證對臨界資源的互斥訪問。74

同步應(yīng)遵循的規(guī)則(2)有限等待對要求訪問臨界資源的進(jìn)程，應(yīng)保證在有限時(shí)間內(nèi)能進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以免陷入“死等”狀態(tài)。

讓權(quán)等待當(dāng)進(jìn)程不能進(jìn)入自己的臨界區(qū)時(shí)，應(yīng)立即釋放處理機(jī)，以免進(jìn)程陷入“忙等”狀態(tài)。752.4.3信號(hào)量機(jī)制(進(jìn)程同步)1965年，荷蘭人Dijkstra首先提出信號(hào)量機(jī)制是一種卓有成效的進(jìn)程同步工具，被廣泛應(yīng)用于單處理機(jī)和多處理機(jī)系統(tǒng)，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)量（Semaphores）是僅能被兩個(gè)原語操作wait(S)和signal(S)修改的整型變量。P5376信號(hào)量的類型1.

整型信號(hào)量S為初值非負(fù)的整型變量，描述資源狀態(tài)/可用資源的數(shù)量。2.

記錄型信號(hào)量二元組(S,Q)，Q初始狀態(tài)為空的隊(duì)列。3.AND型信號(hào)量一次需要多個(gè)共享資源，改進(jìn)wait-signal操作。4.

信號(hào)量集一次需要N個(gè)多類資源，改進(jìn)wait-signal操作。77整型信號(hào)量機(jī)制

最初由Dijkstra把整型信號(hào)量定義為一個(gè)用于表示資源數(shù)目的整型量與一般整型量不同，除初始化外，僅能通過兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原子操作(AtomicOperation)wait(S)和signal(S)來訪問。很長時(shí)間以來，這兩個(gè)操作一直被分別稱為P、V操作

wait(S)和signal(S)是兩個(gè)原子操作，在執(zhí)行時(shí)是不可中斷的。即當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在修改某信號(hào)量時(shí)，沒有其他進(jìn)程可同時(shí)對該信號(hào)量進(jìn)行修改。

在wait操作中，對S值的測試和做S:=S-1操作時(shí)都不可中斷。P操作：

wait(s):whiles<=0dono-op

s:=s-1;V操作：signal(s):s:=s+1;78記錄型信號(hào)量機(jī)制

整型量中,只要S≤0就不斷測試，未遵循“讓權(quán)等待”準(zhǔn)則，而是使進(jìn)程處于“忙等”的狀態(tài)。記錄型信號(hào)量機(jī)制是沒有“忙等”現(xiàn)象的同步機(jī)制，但出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程等待訪問同一個(gè)臨界資源的情況在信號(hào)量機(jī)制中，除需要用于代表資源數(shù)目的整型變量value外，還增加一個(gè)進(jìn)程鏈表指針L，用于鏈接所有的等待進(jìn)程。typesemaphore=recordvalue:integer;資源數(shù)量L:listofprocess;進(jìn)程等待end

79

wait(s)和signal(s)操作描述procedurewait(s)

請求一個(gè)資源

varS:semaphore;beginS.value=S.value-1;ifS.value<0thenblock(S.L);

資源分配完畢,

進(jìn)程阻塞endproceduresignal(s)釋放一個(gè)資源varS:semaphore;beginS.value=S.value+1;ifS.value≤0thenwakeup(S.L);有等待資源進(jìn)程從等待信號(hào)量S的阻塞隊(duì)列中喚醒一個(gè)進(jìn)程end80S.value的初值表示系統(tǒng)中某類資源的數(shù)目，因而又稱為資源信號(hào)量。每次wait操作，意味著進(jìn)程請求一個(gè)單位的資源，系統(tǒng)中可供分配的資源數(shù)減少一個(gè)，描述為S.value:=S.value-1；當(dāng)S.value<0時(shí)，表示資源已分配完畢，因此進(jìn)程調(diào)用block原語自我阻塞，放棄處理機(jī)，并插入到信號(hào)量鏈表S.L中?？梢?，該機(jī)制遵循了“讓權(quán)等待”準(zhǔn)則。此時(shí)S.value的絕對值表示在該信號(hào)量鏈表中已阻塞進(jìn)程的數(shù)目。81每次signal操作，表示執(zhí)行進(jìn)程釋放一個(gè)單位資源，系統(tǒng)中可供分配的資源數(shù)增加一個(gè)，故S.value=S.value+1操作表示資源數(shù)目加1。若加1后仍是S.value≤0，則表示在該信號(hào)量鏈表中，有等待該資源的進(jìn)程被阻塞，還應(yīng)調(diào)用wakeup原語，將S.L鏈表中的第一個(gè)等待進(jìn)程喚醒。如果S.value的初值為1，表示只允許一個(gè)進(jìn)程訪問臨界資源，此時(shí)的信號(hào)量轉(zhuǎn)化為互斥信號(hào)量，用于進(jìn)程互斥。

82記錄型信號(hào)量是針對各進(jìn)程之間只共享一個(gè)臨界資源的情況，有些應(yīng)用場合，是一個(gè)進(jìn)程需要先獲得兩個(gè)或更多的共享資源后方能執(zhí)行其任務(wù)

AND型信號(hào)量機(jī)制對于生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題，也可利用AND信號(hào)量來解決，即用：

Swait(empty，mutex)→wait(empty)和wait(mutex)

Ssignal(mutex，full)→signal(mutex)和signal(full)

Swait(full，mutex)→

wait(full)和wait(mutex)

Ssignal(mutex，empty)→Signal(mutex)和Signal(empty)

83AND型信號(hào)量集是指同時(shí)需要多種資源且每種占用一個(gè)時(shí)的信號(hào)量操作基本思想AND型信號(hào)量集wait原語為SwaitAND型信號(hào)量集signal原語為Ssignal

AND型信號(hào)量機(jī)制84AND型信號(hào)量機(jī)制的基本思想

將進(jìn)程在整個(gè)運(yùn)行過程中需要的所有資源，一次性全部地分配給進(jìn)程，待進(jìn)程使用完后再一起釋放。只要尚有一個(gè)資源未能分配給進(jìn)程，其它所有可能為之分配的資源也不分配給它。

85AND型信號(hào)量機(jī)制的基本思想對若干個(gè)臨界資源的分配，采取原子操作方式：要么把它所請求的資源全部分配到進(jìn)程，要么一個(gè)也不分配。由死鎖理論可知，這樣就可避免上述死鎖情況的發(fā)生。在wait操作中，增加一個(gè)“AND”條件，故稱為AND同步或同時(shí)wait操作86Swait(S1,S2,…,Sn)原語

Swait(S1,S2,…,Sn)ifS1≥1and…andSn≥1then所有資源都有fori=1tondoSi=Si-1;endforelse進(jìn)程放入第一個(gè)沒有資源的等待隊(duì)列

PlacetheprocessinthewaitingqueueassociatedwiththefirstSifoundwithSi<1，andsettheprogramcountofthisprocesstothebeginningofSwaitoperation.endif

87Ssignal(S1,S2,…,Sn)原語

Ssignal(S1,S2,…,Sn)釋放資源fori=1tondoSi=Si+1;RemovealltheprocesswaitinginthequeueassociatedwithSiintothereadyqueue.endfor88信號(hào)量集機(jī)制記錄型信號(hào)量機(jī)制中，wait(S)或signal(S)操作僅能對信號(hào)量施以加1或減1操作，意味著每次只能獲得或釋放一個(gè)單位的臨界資源。當(dāng)一次需要N個(gè)某類臨界資源時(shí)，便要進(jìn)行N次wait(S)操作，顯然是低效的。在有些情況下，當(dāng)資源數(shù)量低于某一下限值時(shí)，便不予以分配。因而，每次分配之前，都必須測試該資源的數(shù)量，看其是否大于其下限值?；谏鲜鰞牲c(diǎn)，可以對AND信號(hào)量機(jī)制加以擴(kuò)充，形成一般化的“信號(hào)量集”機(jī)制。89

S為信號(hào)量，d為需求量，t為下限值Swait(S1，t1，d1，…，Sn，tn，dn)

ifSi>=t1and…andSn>=tn

thenfori=1tondoSi=Si-di；endforelse①Placetheprocessinthewaitingqueueassociatedwiththe

firstSi

foundwith

Si<ti

②settheprogramcountofthisprocesstothebeginningofSwaitoperation.endif90Ssignal(S1,d1S2,d2,…,Sn,dn)fori:=1tondo

Si:=Si+di;RemovealltheprocesswaitinginthequeueassociatedwithSi