软件设计师培训3操作系统优质PPT.ppt

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进程是一个程序在一个数据集合上的一次执行。

3.2进程管理,程序和进程区别：

（1）程序是静态的，进程是动态的。

（2）进程与程序的对应关系：

通过多次执行，一个程序可对应多个进程；

通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

（3）进程是暂时的，程序是永久的：

进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。

（4）进程与程序的组成不同：

进程的组成包括程序、数据进程控制块（即进程状态信息）。

进程通常由三部分组成：

（1）程序：

描述了进程所要完成的功能，是进程执行时不可修改的部分。

（2）数据集合：

程序执行时所需要的数据和工作区，为一个进程专用，可修改。

（3）进程控制块PCB（ProcessControlBlock）：

包含了进程的描述信息和控制信息，是进程的动态特性的集中反映。

PCB包含以下几类信息：

进程描述信息、进程控制信息、资源占用信息、CPU现场保护结构：

进程的基本状态及转换：

进程在生命期内处于且仅处于三种基本状态之一：

运行态:

当一个进程在处理机上运行时，则称该进程处于运行状态。

就绪态:

一个进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行，则称此进程处于就绪状态。

阻塞态:

当一个进程正在等待某一事件发生（例如请求IO而等待IO完成等）而暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故称该进程处于阻塞状态。

注意与就绪状态的不同在于即使处理机处于空闲状态也无法运行。

就绪运行：

调度程序选择一个新的进程运行.运行就绪：

运行进程用完时间片被中断或在抢占调度方式中,因为一高优先级进程进入就绪状态运行阻塞：

进程发生I/O请求或等待某事件时阻塞就绪：

当I/O完成或所等待的事件发生时,进程调度在多道程序环境下，系统中有多个进程同时运行。

多个的进程竞争处理机，就要求系统提供进程调度功能，将处理机动态地分配给系统中的各个进程，使之能够协调一致的运行。

进程调度程序：

主要任务是按照一定的调度算法从就绪队列中选取一个进程，把处理机分配给此进程使用。

进程调度方式

（1）非抢占方式：

在非抢占方式下，调度程序一旦把CPU分配给某一进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某事件而不能运行时，才将CPU分给其它进程。

这种调度方式通常用在批处理系统中。

它的主要优点是简单、系统开销小。

（2）抢占方式：

当一个进程正在执行时，系统可以基于某种策略剥夺CPU给其它进程。

剥夺的原则有：

优先权原则、短进程优先原则和时间片原则。

这种调度方式多用在分时系统和实时系统中，以便及时响应各进程的请求。

进程调度算法

（1）先来先服务FCFS（先进先出调度算法，FIFO）

【算法思想】:

最简单的算法按照进程进入就绪队列的先后次序，分派CPU；

当前进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才出让CPU（非抢占方式）。

在进程唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复执行，通常等到当前进程出让CPU。

【特点】：

比较有利于长作业，而不利于短作业。

有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。

（2）短进程优先调度算法（SJF,SPF）

【算法思想】：

选择就绪队列中估计运行时间最短的进程投入运行。

通常后来的短作业不抢先正在执行的作业。

【优点】：

比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间；

提高系统的吞吐量；

【缺点】：

对长作业非常不利，可能长时间得不到执行；

未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级；

难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能。

（3）优先权调度算法（HPFHighestPriorityFirst）

优先选择就绪队列中优先级最高的进程投入运行。

分为：

非抢占式优先级算法：

仅发生在进程放弃CPU。

抢占式优先级算法：

可剥夺当前运行进程CPU。

【优先权的类型】静态优先级：

在进程创建时指定优先级,在进程运行时优先数不变。

动态优先级：

在进程创建时创立一个优先级，但在其生命周期内优先数可以动态变化。

如等待时间长优先数可改变。

【确定优先级的依据】进程类型、对资源的需求、根据用户要求。

（4）高响应比优先（HRRN,HighestResponseRatioNext）：

HRRN是FCFS和SJF的折衷算法，响应比R用下式动态计算：

响应比R=【特点】：

等待时间相同要求服务的时间越短优先权越高,有利于短作业。

要求服务时间相同,等待时间越长优先权越高,近似于先来先服务。

长作业的优先权会随等待时间加长而升高,长作业也会得到执行。

（5）时间片轮转调度算法【算法思想】：

通过时间片轮转，提高进程并发性和响应时间特性，从而提高资源利用率。

将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。

每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行一个时间片。

时间片的长度从几个ms到几百ms。

在一个时间片结束时，发生时钟中断。

调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过CPU现场切换执行当前的队首进程。

进程可以未使用完一个时间片，就出让CPU（如阻塞）。

（6）多级反馈队列算法（多队列轮转法）

设置多个就绪队列，分别赋予不同的优先级，队列1的优先级最高，其他逐级降低。

每队列分配不同的时间片，规定优先级越低则时间片越长。

新进程就绪后，先投入队列1的末尾，按FCFS算法调度。

若一个时间片未能执行完，则降低投入到队列2的末尾；

依此类推，降低到最后的队列，则按“时间片轮转”算法调度直到完成。

进程由于等待事件而放弃CPU后,进入等待队列,一旦等待的事件发生,则回到原来的就绪队列。

仅当较高优先级的队列为空，才调度较低优先级的队列中的进程执行。

如果进程执行时有新进程进入较高优先级的队列，则抢先执行新进程，并把被抢先的进程投入原队列的末尾。

进程同步和互斥在计算机系统中，多个进程可以并发执行，因此进程间必然存在资源共享和相互合作的问题。

例：

共享数据变量资源造成的错误,终端售票处理进程：

PROCESSPi（i=1,2,3,n）/*Pi为顾客服务的处理进程*/Begin按旅客订票要求找到Aj;

/*Aj为公共数据区*/Ri:

=Aj;

/*Ri为各进程执行时所用的工作单元*/ifRi1thenbeginRi:

=Ri-1;

Aj:

=Ri;

输出一张票；

endelse输出“票已售完”;

end,进程互斥是指当有若干进程都要使用某一资源时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用资源者释放了该资源。

这样的资源称为称为互斥资源打印机，共享变量等。

共享资源的互斥的使用就是限定并发进程互斥的进入相关临界区。

临界区并发进程中与共享变量有关的程序段。

如例题中的临界区：

Ri:

ifRi1thenbeginRi:

PV操作就是一种实现相关临界区的管理，实现进程互斥的方法。

PV操作进程的互斥PV操作由P操作和V操作组成，P操作和V操是两个在信号量S上进行的操作。

定义如下：

ProcedureP（S）beginS:

=S-1;

ifS0then则该进程进入等待队列；

end;

PProcedureV（S）beginS:

=S+1;

ifS0then唤醒一个等待队列中的进程进入就绪；

V,beginS：

semaphoreS：

=1cobeginPROCESSPi（i=1,2,3,n）按旅客订票要求找到Aj;

P（S）Ri:

ifRi1then,beginRi:

V（S）输出一张票；

endelsebeginV（S）输出“票已售完”;

coendend,例：

共享缓存器资源造成的错误,

（1）A的执行速度操作B的执行速度，造成缓存器中的数据还没拿走，A又读入新数据覆盖了原有数据。

（2）B的执行速度操作A的执行速度，B从缓存器取出一个记录并加工后，A还没有读入新数据，造成B在缓存器中重复取同一个记录加工。

进程同步是指并发进程之间存在一种制约关系，一个进程的执行依赖另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待，直到消息到达才被唤醒。

PV操作进程的互斥1.调用P操作测试消息是否到达。

若消息尚未到达则S=0，调用P（S）后，让调用者称为等待信号量S的状态；

若消息已经存在则S0，调用P（S）后进程不会成为等待状态而可继续执行。

2.调用V操作发送消息。

任何进程要向进程发送消息时可调用V操作。

若调用V操作之前S=0，表示消息产生且无等待消息进程，这是调用V（S）,执行S:

=S+1使S0，意味着消息已存在。

若调用V操作之前S0，表示消息未产生前已有进程在等待消息，这是调用V（S）后释放一个等待消息者，即表示该进程等待的消息已经到达可以继续执行。

beginBuffer：

integer；

SP,SG:

semaphore；

SP:

=1;

SG:

=0;

CobeginPROCESSProducerbeginL1：

produceaproductP（SP）；

Buffer：

=product；

V（SG）；

gotoL1End；

PROCESSConsumerbeginL2：

P（SG）；

takeaproductfrombuffer；

V（SP）；

consumegotoL2End；

Coend；

End；

【软件设计师考试2004年5月上午试题23-24】若有一个仓库，可以存放P1、P2两种产品，但是每次只能存放一种产品要求：

w=P1的数量-P2的数量-iwk（i、k为正整数）若用PV操作实现P1和P2产品的入库过程，至少需（23）个同步信号量及（24）个互斥信号量，其中，同步信号量的初值分别为（25），互斥信号量的初值分别为（26）。

（23）A0B1C2D3（24）A0B1C2D3（25）A0Bi,k,0Ci,kDi-1,k-1（26）A1B1,1C1,1,1Di,k,【软件设计师考试2004年5月上午试题23-24】在某超市里有一个收银员，且同时最多允许有n个顾客购物，我们可以将顾客和收银员看成是两类不同的进程，且工作流程如下图所示。

为了利用PV操作正确地协调这两类进程之间的工作，设置了三个信号量S1、S2和Sn，且初值分别为0、0和n。

这样图中的a应填写_（24）_，图中的b1、b2应分别填写_（25）_，图中的c1、c2应分别填写_（26）_。

（24）A.P（S1）BP（S2）CP