操作系統(tǒng)進(jìn)程管理課件單擊此處添加副標(biāo)題匯報(bào)人：xx目錄壹進(jìn)程管理基礎(chǔ)貳進(jìn)程調(diào)度叁進(jìn)程同步與通信肆進(jìn)程的創(chuàng)建與終止伍線(xiàn)程管理陸進(jìn)程管理的案例分析進(jìn)程管理基礎(chǔ)章節(jié)副標(biāo)題壹進(jìn)程的定義進(jìn)程從創(chuàng)建到終止會(huì)經(jīng)歷多個(gè)狀態(tài)，如就緒、運(yùn)行、阻塞等，反映了進(jìn)程的生命周期。進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程間通信機(jī)制允許不同進(jìn)程交換信息，是操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)進(jìn)程執(zhí)行的重要手段。進(jìn)程間通信(IPC)每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)進(jìn)程控制塊，存儲(chǔ)了進(jìn)程的標(biāo)識(shí)信息、狀態(tài)、程序計(jì)數(shù)器、寄存器等關(guān)鍵信息。進(jìn)程控制塊(PCB)010203進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程已分配到除CPU以外的所有必要資源，等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行。就緒狀態(tài)進(jìn)程因等待某個(gè)事件發(fā)生（如I/O操作完成）而暫時(shí)停止執(zhí)行，釋放CPU資源。阻塞狀態(tài)進(jìn)程獲得CPU時(shí)間片，正在執(zhí)行其程序代碼，是進(jìn)程生命周期中的活躍階段。運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)程控制塊(PCB)進(jìn)程控制塊是操作系統(tǒng)中用于記錄進(jìn)程信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含進(jìn)程狀態(tài)、程序計(jì)數(shù)器等關(guān)鍵信息。PCB的作用與結(jié)構(gòu)01操作系統(tǒng)通過(guò)鏈表、索引表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理PCB，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和同步等功能。PCB的管理方式02調(diào)度算法依據(jù)PCB中的信息決定進(jìn)程的執(zhí)行順序，如優(yōu)先級(jí)、等待時(shí)間等，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)性能。PCB與進(jìn)程調(diào)度03進(jìn)程調(diào)度章節(jié)副標(biāo)題貳調(diào)度的概念調(diào)度是操作系統(tǒng)中決定哪個(gè)進(jìn)程獲得CPU時(shí)間的過(guò)程，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)性能。調(diào)度的定義根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)度可以分為多種類(lèi)型，如搶占式與非搶占式、單級(jí)與多級(jí)調(diào)度等。調(diào)度的分類(lèi)調(diào)度的主要目標(biāo)是提高CPU利用率，減少進(jìn)程響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)公平性和平衡性。調(diào)度的目標(biāo)調(diào)度算法FCFS是最簡(jiǎn)單的調(diào)度算法，按照進(jìn)程到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，容易實(shí)現(xiàn)但可能導(dǎo)致饑餓現(xiàn)象。先來(lái)先服務(wù)（FCFS）算法SJF選擇預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，能有效減少平均等待時(shí)間，但對(duì)長(zhǎng)作業(yè)不利。短作業(yè)優(yōu)先（SJF）算法根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程先執(zhí)行，可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程餓死。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法RR為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)時(shí)間片，輪流執(zhí)行，適用于分時(shí)系統(tǒng)，保證了進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）算法調(diào)度策略FCFS是最簡(jiǎn)單的調(diào)度策略，按照進(jìn)程到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，容易實(shí)現(xiàn)但可能導(dǎo)致饑餓問(wèn)題。01先來(lái)先服務(wù)（FCFS）SJF調(diào)度策略選擇執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程，可以減少平均等待時(shí)間，但對(duì)長(zhǎng)作業(yè)不利。02短作業(yè)優(yōu)先（SJF）根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程先執(zhí)行，可能導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程餓死。03優(yōu)先級(jí)調(diào)度RR調(diào)度策略將時(shí)間分為固定長(zhǎng)度的時(shí)間片，輪流讓進(jìn)程執(zhí)行，適用于分時(shí)系統(tǒng)。04時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）將進(jìn)程分為多個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列有不同的調(diào)度策略，如前臺(tái)采用RR，后臺(tái)采用FCFS。05多級(jí)隊(duì)列調(diào)度進(jìn)程同步與通信章節(jié)副標(biāo)題叁同步機(jī)制互斥鎖（Mutex）互斥鎖用于控制對(duì)共享資源的互斥訪(fǎng)問(wèn)，確保同一時(shí)間只有一個(gè)進(jìn)程可以使用資源。0102信號(hào)量（Semaphore）信號(hào)量是一種廣泛使用的同步機(jī)制，通過(guò)計(jì)數(shù)器來(lái)控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪(fǎng)問(wèn)。03條件變量（ConditionVariables）條件變量允許進(jìn)程在某些條件未滿(mǎn)足時(shí)掛起，直到其他進(jìn)程改變條件并發(fā)出通知。04事件（Events）事件是一種簡(jiǎn)單的同步機(jī)制，允許進(jìn)程在特定事件發(fā)生時(shí)被喚醒或掛起。通信機(jī)制信號(hào)量是一種廣泛使用的進(jìn)程同步工具，通過(guò)PV操作來(lái)控制對(duì)共享資源的訪(fǎng)問(wèn)，保證進(jìn)程間的有序執(zhí)行。信號(hào)量機(jī)制消息隊(duì)列允許不同進(jìn)程間通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)進(jìn)行通信，它是一種異步通信方式，適用于復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換。消息隊(duì)列通信機(jī)制共享內(nèi)存是最快的進(jìn)程間通信方法，允許兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)給定的存儲(chǔ)區(qū)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。共享內(nèi)存01管道是一種最基本的IPC（進(jìn)程間通信）機(jī)制，它允許一個(gè)進(jìn)程和另一個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行單向數(shù)據(jù)流傳輸。管道通信02死鎖問(wèn)題01死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種僵局。02死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件包括互斥條件、請(qǐng)求與保持條件、不剝奪條件和循環(huán)等待條件。03通過(guò)破壞死鎖產(chǎn)生的四個(gè)條件之一來(lái)預(yù)防死鎖，例如資源預(yù)分配、資源有序分配等策略。04銀行家算法是一種避免死鎖的著名算法，通過(guò)預(yù)先分析資源分配的安全性來(lái)避免死鎖。05操作系統(tǒng)通過(guò)資源分配圖等方法檢測(cè)死鎖，并采取進(jìn)程終止或資源剝奪等措施來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)。死鎖的定義死鎖產(chǎn)生的條件死鎖的預(yù)防死鎖的避免死鎖的檢測(cè)與恢復(fù)進(jìn)程的創(chuàng)建與終止章節(jié)副標(biāo)題肆創(chuàng)建進(jìn)程的步驟分配資源操作系統(tǒng)為新進(jìn)程分配必要的資源，如內(nèi)存空間、文件描述符和I/O設(shè)備等。設(shè)置程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器被設(shè)置為程序的起始地址，指示進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行的位置。進(jìn)程控制塊的創(chuàng)建操作系統(tǒng)為新進(jìn)程分配一個(gè)唯一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，并創(chuàng)建進(jìn)程控制塊(PCB)來(lái)記錄進(jìn)程狀態(tài)和屬性。加載程序?qū)⑦M(jìn)程的程序代碼和數(shù)據(jù)加載到分配給進(jìn)程的內(nèi)存空間中，準(zhǔn)備執(zhí)行。終止進(jìn)程的原因進(jìn)程完成其任務(wù)后，會(huì)通過(guò)調(diào)用退出系統(tǒng)調(diào)用來(lái)正常終止。正常結(jié)束資源耗盡當(dāng)進(jìn)程所需資源無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，如內(nèi)存不足，操作系統(tǒng)會(huì)終止該進(jìn)程。用戶(hù)或系統(tǒng)管理員通過(guò)命令強(qiáng)制終止進(jìn)程，如使用kill命令。外部干預(yù)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間超過(guò)預(yù)定的限制，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)終止該進(jìn)程。超時(shí)錯(cuò)誤或異常12345進(jìn)程執(zhí)行中遇到錯(cuò)誤或異常情況，如除零錯(cuò)誤，導(dǎo)致進(jìn)程終止。進(jìn)程的回收僵尸進(jìn)程是指完成執(zhí)行但其狀態(tài)尚未被父進(jìn)程回收的進(jìn)程，操作系統(tǒng)通過(guò)特定機(jī)制定期清理僵尸進(jìn)程，防止資源泄露。當(dāng)父進(jìn)程終止時(shí)，其子進(jìn)程可能成為孤兒進(jìn)程，操作系統(tǒng)會(huì)將它們轉(zhuǎn)交給init進(jìn)程或其他指定進(jìn)程繼續(xù)管理。進(jìn)程終止后，操作系統(tǒng)會(huì)回收其占用的內(nèi)存、文件句柄等資源，確保系統(tǒng)資源的有效利用。進(jìn)程資源的釋放子進(jìn)程的繼承與孤兒進(jìn)程處理僵尸進(jìn)程的處理線(xiàn)程管理章節(jié)副標(biāo)題伍線(xiàn)程的概念線(xiàn)程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。線(xiàn)程的定義01線(xiàn)程共享進(jìn)程資源，如內(nèi)存和文件描述符，但擁有自己的棧和程序計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。線(xiàn)程與進(jìn)程的關(guān)系02用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程由用戶(hù)程序管理，而內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程由操作系統(tǒng)內(nèi)核管理，后者通常更高效。線(xiàn)程的類(lèi)型03線(xiàn)程的概念線(xiàn)程的創(chuàng)建涉及分配資源和初始化，銷(xiāo)毀則需要釋放資源，確保系統(tǒng)資源不被泄露。線(xiàn)程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀上下文切換是指線(xiàn)程在執(zhí)行過(guò)程中，因時(shí)間片用完或其他原因被操作系統(tǒng)暫停，轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一個(gè)線(xiàn)程的過(guò)程。線(xiàn)程的上下文切換線(xiàn)程與進(jìn)程的區(qū)別進(jìn)程是資源分配的基本單位，而線(xiàn)程是CPU調(diào)度和分派的基本單位。01同一進(jìn)程內(nèi)的線(xiàn)程共享進(jìn)程資源，如內(nèi)存空間，而不同進(jìn)程間資源是隔離的。02線(xiàn)程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀比進(jìn)程更快，因?yàn)榫€(xiàn)程共享進(jìn)程資源，減少了開(kāi)銷(xiāo)。03線(xiàn)程間通信比進(jìn)程間通信更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯釉L(fǎng)問(wèn)同一進(jìn)程的內(nèi)存空間。04資源分配與調(diào)度單位內(nèi)存共享創(chuàng)建與銷(xiāo)毀開(kāi)銷(xiāo)通信機(jī)制線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)進(jìn)程用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程03輕量級(jí)進(jìn)程是內(nèi)核支持的線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)方式，它們共享同一地址空間和資源，如Linux中的輕量級(jí)進(jìn)程。內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程01用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程通過(guò)用戶(hù)空間的線(xiàn)程庫(kù)實(shí)現(xiàn)，如POSIX線(xiàn)程庫(kù)，允許應(yīng)用程序自行管理線(xiàn)程。02內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程由操作系統(tǒng)內(nèi)核直接支持和管理，如Windows和Linux系統(tǒng)中的線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)。線(xiàn)程池04線(xiàn)程池是一種管理線(xiàn)程的技術(shù)，預(yù)先創(chuàng)建一組線(xiàn)程，用于處理任務(wù)隊(duì)列中的請(qǐng)求，提高效率。進(jìn)程管理的案例分析章節(jié)副標(biāo)題陸操作系統(tǒng)實(shí)例01通過(guò)Windows任務(wù)管理器，用戶(hù)可以查看系統(tǒng)進(jìn)程，結(jié)束無(wú)響應(yīng)程序，優(yōu)化系統(tǒng)性能。02在Linux系統(tǒng)中，使用nice和renice命令可以調(diào)整進(jìn)程優(yōu)先級(jí)，合理分配CPU資源。Windows任務(wù)管理器Linux進(jìn)程優(yōu)先級(jí)調(diào)整操作系統(tǒng)實(shí)例UNIX系統(tǒng)中，僵尸進(jìn)程是已結(jié)束但未被父進(jìn)程回收的進(jìn)程，通過(guò)信號(hào)處理機(jī)制可以有效管理僵尸進(jìn)程。UNIX系統(tǒng)僵尸進(jìn)程處理01Android系統(tǒng)通過(guò)ActivityManager服務(wù)管理應(yīng)用進(jìn)程，根據(jù)資源使用情況和用戶(hù)交互來(lái)決定進(jìn)程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀。Android應(yīng)用進(jìn)程管理02進(jìn)程管理應(yīng)用Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度采用CFS（完全公平調(diào)度器），確保各進(jìn)程按權(quán)重公平分配CPU時(shí)間。進(jìn)程調(diào)度策略01Windows操作系統(tǒng)使用虛擬內(nèi)存管理，允許程序使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間。內(nèi)存管理機(jī)制02Unix系統(tǒng)中的管道（pipe）機(jī)制允許不同進(jìn)程間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。進(jìn)程間通信03數(shù)據(jù)庫(kù)管理系