操作系統第二章--進程的描述與控制

前趨圖和程序執行

• • 前趨圖
    • 前趨圖是一個有向無循環圖DAG，用來描述進程之間執行的前后關系
    • 初始結點：沒有前趨的結點
    • 終止結點：沒有后繼的結點
    • 重量：表示該結點所含有的程序量或結點的執行時間
  • 程序執行
    • 順序執行
      • 順序性
      • 封閉性：程序運行時獨占全機資源
      • 可再現性
    • 并發執行
      • 間斷性
      • 失去封閉性
      • 不可再現性

進程的描述

• • 進程的定義和特征
    • 進程定義
      • 進程是程序的一次執行
      • 進程是一個程序及其數據在處理機上順序執行時發生的活動
      • 進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位
    • 進程結構
      • 進程控制塊PCB：使程序能獨立運行
      • 程序段、相關的數據段、PCB
    • 進程特征
      • 動態性：它由創建而產生，由調度而執行，由撤銷而消亡
      • 程序是指令集是靜態的，進程是動態的
      • 并發性：多個進程實體在一段時間內同時進行
      • 獨立性：進程實體是獨立運行、獨立分配資源和獨立接受調度的基本單位
      • 異步性：各進程獨立、異步（速度不一致）地運行

• • 進程的基本狀態和轉換
    • 基本狀態
      • 就緒狀態：萬事俱備，只差CPU資源
      • 執行狀態：獲得CPU資源，正在執行
      • 阻塞狀態：由于突發事件，進程放棄處理機而處于暫停狀態
    • 轉換
      • 進程調度：就緒態-->運行態
      • 被高優先級任務搶占或超時：運行態-->就緒態
      • I/O請求：運行態-->阻塞態
      • I/O完成：阻塞態-->就緒態
  • 掛起操作
    • 執行的進程暫停下來，處于靜止狀態

• • 進程管理中的數據結構
    • 進程控制塊的作用PCB
      • 獨立運行基本單位的標志
      • 間斷性運行：保護CPU現場
      • 進程管理：OS通過CPU對進程實施控制和管理
      • 進程調度：提供進程狀態、優先級等信息
      • 進程同步與通信：消息隊列指針，信號量
    • 進程控制塊的內容
      • 進程標識符：唯一標識一個進程
        • 內部標識符：Pid
        • 外部標識符：進程的名字
      • 處理機狀態：由各種寄存器內容構成
        • 通用寄存器
        • 指令計數器PC
        • 程序狀態字PSW
        • 用戶棧指針SP
      • 當進程切換時需要把當前進程的狀態的內容保存在進程控制塊中

• • • • 進程調度信息
        • 進程狀態：sched.h定義了6個進程狀態
        • 可運行狀態
        • 可中斷阻塞狀態
        • 不可中斷阻塞狀態
        • 僵死狀態
        • 暫停態
        • 交換態
        • 進程優先級
        • 其他信息：進程已執行時間
        • 事件：阻塞原因
      • 進程控制信息
        • 程序和數據地址：基地址
        • 進程同步和通信機制
        • 資源清單
        • 鏈接指針
    • 進程控制塊的組織方式
      • 鏈接方式：指針指向PCB地址
      • 索引方式：通過不同狀態的索引表指向PCB地址
      • 多級隊列：按照不同狀態組織PCB隊列，同一狀態按照優先級鏈接

進程控制

• • 原語：由若干條指令組成，用于完成一定功能
    • 是原子操作，一個操作中的所有動作要么不做，要么全做
  • 進程的創建
    • 進程圖：描述一個進程的家族關系的有向圖
      • 子進程可以繼承父進程所擁有的資源
      • 當子進程被撤銷時，應將其從父進程那里獲得的資源歸還給父進程
      • 在撤銷父進程時，也必須同時撤銷其所有的子進程
    • 引導進程創建另一個進程的事件
      • 用戶登錄
      • 作業調度
      • 提供服務
      • 應用請求
    • 進程創建 fork（）函數
      • 申請空白PCB
      • 為新進程分配資源
      • 初始化進程控制塊
      • 將進程插入就緒隊列，啟動調度
  • 進程終止 exit（）函數
    • 根據被終止進程的PID，找到PCB，讀取進程狀態
    • 若處于執行狀態，則終止執行，重新調度
    • 若有子孫進程，則終止所有子孫進程
    • 歸還所有資源給父進程或系統
    • 從所在隊列移除終止進程PCB
  • 進程的阻塞與喚醒
    • 阻塞過程 block
      • 調用阻塞原語block把自己阻塞
      • 狀態由執行改為阻塞，將PCB插入阻塞隊列
      • 重新調度，將處理機分配給另一就緒進程
    • 喚醒過程 wakeup
      • 從阻塞隊列中移除
      • 狀態由阻塞改為就緒
      • PCB插入到就緒隊列
  • 進程的掛起與激活
    • 掛起原語 suspend
      • 檢查被掛起進程的狀態
        • 活動就緒：靜止就緒
        • 活動阻塞：靜止阻塞
      • PCB復制到指定區域
    • 激活原語 active
      • 檢查激活進程的狀態
        • 靜止就緒：活動就緒
        • 靜止阻塞：活動阻塞

進程的同步

• • 進程同步的基本概念
    • 臨界資源：互斥使用的資源
    • 臨界區：訪問臨界資源的那段代碼
  • 信號量機制
    • 按照功能分為
      • 互斥信號量：0或1
      • 資源信號量：數字表示資源的可用個數
    • 按照機制分為
      • 整型信號量：定義一個整型量，wait、signal，P、V操作
      • 記錄型信號量：不存在忙等現象
      • AND型信號量：同步機制，原子操作
      • 信號量集：分配多個資源
  • 管程機制

經典進程的同步問題

• • 生產者/消費者問題
    • 生產者和消費者進程共享一個大小固定的緩沖區n
    • 分別設置兩個指針in和out
      • in指向生產者將存放數據的存儲單元
      • out指向消費者將取出數據的存儲單元
    • 創建信號量實現生產者和消費者進程的同步
      • 互斥信號量mutex：進程對緩沖池互斥使用
      • 資源信號量empty：空緩沖區的數量
      • 資源信號量full：滿緩沖區的數量
  • 讀者/寫者問題
    • 允許多個讀者進程可以同時讀數據
    • 寫者進程互斥寫數據
    • 若有寫者進程正在寫數據，則不允許讀者進程讀數據
    • 讀者優先：只有當全部讀者退出，才允許寫者進入寫數據
  • 哲學家進餐問題
    • 記錄型信號量：wait、signal考慮左筷子和右筷子（可能存在死鎖）
    • AND信號量：Sswait、Ssignat

進程通信

• • 進程通信的類型
    • 共享存儲器系統
      • 基于共享數據結構的通信方式
      • 基于共享存儲區的通信方式
    • 管道Pipe通信
      • 用于連接讀寫進程以實現通信的共享文件
    • 消息傳遞方式
      • 直接通信：利用OS提供的發送命令Send、Receive
      • 間接通信
        • 信箱：通過中間實體（如共享數據結構）
        • 消息隊列：msgsnd、msgrcv、msgget

線程VS進程

• • 調度：線程是調度分配的基本單位，進程是擁有資源的基本單位
  • 并發性：線程并發執行效率更高
  • 擁有資源：線程僅有少量資源來完成運行需求，不擁有系統資源
  • 獨立性：線程獨立性更低
  • 系統開銷：切換線程系統開銷低

網站閱讀

https://geminiplanet.cn/Operating-System-4/?geminiplanet.cn

總結

以上是生活随笔為你收集整理的模拟进程创建、终止、阻塞、唤醒原语_操作系统第二章--进程的描述与控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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