自考 操作系统 第3章 处理器管理Word文件下载.docx

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•1、存储保护

•2、程序浮动

•3、资源的分配和调度

•二、为什么要采用多道程序设计

•提高整个系统的效率

•提高了处理器的利用率

•充分利用外围设备资源

•发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力

•三、采用多道程序设计应注意的问题

•采用多道程序设计能改善资源使用情况，提高系统效率。

但是，应注意：

•可能延长程序执行时间

•并行工作道数与系统效率不成正比

•首先，主存空间的大小限制了可同时装入的程序数量。

其次，外围设备的数量也是一个制约条件。

再次，多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生。

•总之，多道程序设计能提高资源使用效率，增加单位时间的算题量。

但是对每个计算问题来说，从计算开始到全部完成所需要的时间可能要延长。

另外，在确定并行工作道数时应综合系统的资源配置和用户对资源的要求

•第二节进程概述

•一、进程的定义

•把一个程序在一个数据集合上的一次执行称为一个“进程”。

•现代操作系统中，通常把所有的系统资源（硬件资源和软件资源）以合理的方式分配给用户，这个分配的基本单位和依据实体，被称为“进程”（Process），对处理器的管理可归结为对进程的管理。

•进程是操作系统中独立运行的单位，是程序关于某个数据集合的可并发的一次运行活动，是“执行中的程序”。

只有深刻理解了进程的概念，才能很好地理解操作系统各个部分的功能和作用。

•程序和进程到底有什么不同？

可以用一个铁路交通的例子来比喻程序和进程。

为了对比说明，首先区别火车和列车。

火车是一种可以载人或物的交通工具，而我们总是把已经从某起点站发出但还没有到达终点的正在行驶中的火车称为“列车”。

对火车而言，它是静止的，它具有运输人或货物的功能；

对列车而言，它是动态的，它包含火车以及火车上的人或物，要把人或物送到目的地。

显然，可以把火车比作程序，把列车比作进程，列车中的人或物看作是程序执行时处理的数据集。

同时，程序是静止的；

进程是动态的。

进程包括程序和程序处理的对象（数据集），进程能得到程序处理的结果。

•在铁路交通管理中对“列车”进行管理以确保火车运行安全，在操作系统中对“进程”进行管理以保证程序执行的安全可靠。

•进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。

它们之间的主要区别是：

–①程序是静态概念，本身可以作为一种软件资源长期保存，而进程则是程序的一次执行过程，它是动态概念，有一定的生命周期，是动态地产生和消亡的；

–②进程的存在是暂时的，因为它有一个从创建到撤销，有一个生命周期；

程序存在是永久的。

•③进程是程序的执行，包括程序、数据和进程控制块。

–④程序和进程无一一对应关系，一个程序可能对应多个进程；

一个进程可以包含多个程序，因为主程序执行过程可以调用其它程序，共同组成一个运行活动。

•进程具有如下基本特征：

–

（1）动态性：

进程是程序的执行过程，它有生命周期

–

（2）并发性：

多个进程的实体能存在同一内存中，在一段时间内得到运行。

这样就使得一个进程的程序与其它程序并发执行了。

–（3）异步性：

各进程向前推进的速度是不可预测的，即异步方式运行。

这造成进程间的相互制约，使程序执行失去再现性。

–（4））独立性：

指进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是进程是系统中申请资源的单位、被调度的单位。

–（5）结构性：

进程具有一定的结构，它由程序段、数据段、进程控制块等组成。

•进程的基本属性：

•进程的动态性

•多个不同的进程可以包含相同的程序

•进程可以并发执行

•进程有三种基本状态：

•3.1.3进程的状态

–进程是程序的执行过程，有着走走停停的活动规律。

进程的动态性质是有其状态及转换过程决定的。

通常在操作系统中，进程至少要有三种基本状态。

这些状态是处理机挑选进程的主要因素，所以又称之为进程控制状态：

运行态、就绪态和阻塞态（等待态）。

（1）运行态（running）

–运行状态是指当进程已经分配到CPU，它所在的程序正在处理机上执行时的状态。

（2）就绪态（ready）

–就绪态是指进程已具备了运行条件，因为其它进程正占用CPU，所以暂时不能运行而处于等待分配CPU的状态。

在操作系统中，处于就绪态的进程数目可以是多个。

（3）阻塞态（blocked）

–阻塞状态是指进程等待某种事情的发生（例如等待某一输入、输出操作的完成，等待其它进程发来的信号等）而暂时不能运行的状态。

这种状态有时也称为封锁状态或等待状态。

系统中处于这种状态的进程可以有多个。

进程在其生存期内不断发生状态转化——从一种状态转化成为另一种状态。

图2-6表示了进程的状态及其转换。

一个进程可以多次处于就绪状态和运行态，也可以多次处于阻塞态，但可能排在不同的阻塞队列上。

•进程状态的转换需要一定的条件、原因，下面进行简要分析。

（1）就绪→运行　

处于就绪状态的进程被调度程序选中，分配到CPU的使用权后，该进程就由就绪态变为运行态。

（2）运行→阻塞　　

正在运行的进程因某种条件未被满足而放弃CPU的使用，这时进程的状态就由运行态变为阻塞态。

不同的阻塞原因对应不同的阻塞队列，就好像排队买火车票一样，不同车次对应不同的队列。

（3）阻塞→就绪　　

处于阻塞状态所等待的事件发生了，系统就把进程的状态由阻塞态变为就绪态。

此时该进程就从阻塞状态队列中，然后与就绪队列中的其它程序竞争CPU。

（4）运行→就绪　　

正在运行的进程如果用完了本次分配给它的CPU时间片，它就得从CPU上退下来，暂停运行。

该进程的状态就由运行状态变为就绪态，以后进程调度程序选中它，它就又可以继续运行了。

•对进程状态的转换过程，应注意的问题：

①进程从阻塞态不能直接转换到运行态。

②一个进程由运行态转换为阻塞态一般是由进程自己主动提出的。

③一个进程由阻塞态变为就绪态总是由外界事件引起的而不是有该进程自己引起的。

思考题：

（1）一个进程从运行状态变为就绪状态，一定会引起另一个进程从就绪状态变为运行状态。

（2）一个进程从运行状态变为阻塞状态，一定会引起另一个进程从运行状态变为就绪状态。

（3）一个进程从阻塞状态变为就绪状态，一定会引起另一个进程从就绪状态变为运行状态。

（4）.在进程状态转换时，下列哪一种状态转换是不可能发生的？

A）就绪态→运行态B）运行态→就绪态 

C）运行态→等待态D）阻塞态→运行态

（2）某进程在运行过程中需要等待从磁盘上读入数据，此时该进程的状态将（）。

A.从就绪变为运行B.从运行变为就绪

C.从运行变为阻塞D.从阻塞变为就绪

•二、为什么要引入进程

•1、提高资源的利用率

•2、正确描写程序的执行情况

•第三节进程队列

•一、进程的组成部分

•进程包括三部分：

程序、数据、进程控制块，这三部分统称为“进程映象”

•“进程控制块”PCB（ProcessControlBlock）：

用于表示一个进程相关信息的数据结构。

它是进程存在的唯一标志。

•PCB所包含的信息

由于PCB是随着进程的创建而建立，随着进程的撤销而取消的，进程控制块一般应包括如下内容：

–

（1）标识信息-进程名（标识符）

它是惟一的对应进程的一个标志符或数字。

–

（2）说明信息-当前状态、等待原因、进程程序存放位置、进程数据存放位置。

说明进程当前所处的状态，如运行态、就绪态或阻塞态，以作为进程调度的依据。

–（3）现场信息-通用寄存器内容、控制寄存器内容、程序状态字寄存器内容

当一个进程由于某种原因放弃使用CPU时，需要把它的一部分与运行环境有关的信息保存起来，以便在重新获得CPU后能恢复正常运行。

通常被保护的信息有：

程序计数器、程序状态字、各工作寄存器的内容等。

–（4）管理信息-进程优先级、队列指针

优先权：

表示进程获取CPU的优先级别。

当多个就绪进程竞争CPU时，系统一般让优先权高的进程先占用CPU。

队列指针：

指出该进程的程序和数据的内存地址，用以把进程控制块与程序和数据等联系起来。

二、进程的控制—创建和撤销

系统使用一些具有特定功能的程序段（原语）来创建、撤消进程，完成进程各种状态的转换，使多个进程能并发执行、实现系统资源共享提高运行效率和资源利用率。

原语操作：

也称作“原子操作”，即一个操作系统中的所有动作要么全做，要么全不做。

用于进程控制的原语有：

创建原语、撤消原语、挂起原语、解除挂起原语。

•原语操作

–创建原语：

进程创建原语的主要操作过程是：

•

（1）申请一个空闲的PCB：

从系统的PCB中找出一个空闲的PCB项，并指定惟一的进程标志号PID（即进程名）。

•

（2）为新进程分配资源：

根据调用者所需内存大小，为新进程分配必要的内存空间，存放其程序和数据以及工作区。

•（3）将新进程的PCB初始化：

根据申请者提供的参数，将新进程的PCB初始化。

这些参数包括：

新进程名（外部标识符），父进程标识符，处理机初始状态，进程优先级，本进程开始地址，新进程状态置为就绪态。

•（4）将新进程加到就绪队列中。

–撤消进程原语,一般由其父进程或祖先进程发出，自己不会撤消自己，撤消进程的主要操作过程是：

»

（1）从系统的PCB表中找到指定进程的PCB。

若它正处于运行态，则立即终止该进程的运行；

（2）回收该进程所占用全部资源；

（3）若该进程还有子孙进程，则还要终止其进所有子孙进程，回收它们所占用的全部资源；

（4）释放被终止进程的PCB，并从原来队列中摘走。

–挂起进程原语（阻塞进程原语）

正在运行的进程因提出的服务请求未被操作系统立即满足，或者所需数据尚未到达等原因，只能转变为阻塞态，等待相应请求满足后再把它唤醒。

正在运行的进程通过调用阻塞原语主动地把自己阻塞。

进程阻塞的过程如下：

•

（1）立即停止当前进程的执行；

•

（2）将现行进程的CPU现场送到该进程的PCB现场保护区中保存起来，以便将来重新运行时恢复此时的现场；

•（3）把该进程PCB中的当前状态有“运行”该为“阻塞”，把它插入到具有相同状态的阻塞队列中；

•（4）然后转到进程调度程序，重新从就绪队列中挑选一个合适进程投入运行。

–解除挂起进程原语（唤醒进程原语）

当被阻塞进程所等待的事件出现时，如所需数据已到达，或者等待的I/O操作已完成，则由另外的，与被阻塞进程相关的进程（如完成I/O操作的进程）调用唤醒原语，将等待该事件的进程唤醒。

可见，被阻塞进程不能唤醒自己。

唤醒原语执行过程是：

•

（1）首先把被阻塞进程从相应的阻塞队列中摘下；

•

（2）将现行状态改为就绪态，然后把该进程插入到就绪队列中。

•PCB的作用

（1）PCB是进程存在的惟一标志：

系统创建进程时，就为之创建一个PCB；

进程结束时，系统又