1、进程及进程管理进程及进程管理1进程及进程管理进程及进程管理主要内容主要内容进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入2程序的一次执行过程称为一个计算，它由许多简单操作程序的一次执行过程称为一个计算，它由许多简单操作 所组成。所组成。一个计算的若干操作必须按照严格的先后次序顺序地执一个计算的若干操作必须按照严格的先后次序顺序地执 行，这类计算过程就是程序的顺序执行过程。行，这类计算过程就是程序的顺序执行过程。进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入3 单道系统的工作情况单道系统的工作情况 对用户作业的处理对用户作业的处理 首先输入用户的程序和数据；然后进行计算；最后打印计 算结果，
2、即有三个顺序执行的操作。I：输入操作 C：计算操作 P：输出操作 P2 C2 I2 P1 C1 I1作业作业1作业作业2单用户系统中操作的先后次序图进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入4 顺序程序的特点顺序程序的特点顺序性顺序性处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行。封闭性封闭性程序一旦开始执行，其计算结果不受外界因素的影响。可再现性可再现性程序执行的结果与它的执行速度无关(即与时间无关)，而只与初始条件有关。进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入5 I1 I2 I3 I4C1C3C2P1P2 哪些程序段的执行必须是顺 序的？为什么？哪些程序段的执行是并行 的？为什么？
3、多用户系统中操作的先后次序图对对n个用户作业的处理个用户作业的处理 作业1：I1 C1 P1 作业2：I2 C2 P2 作业n：In Cn Pn进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入6 定义定义 若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠 的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即 使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。三个并发执行的程序段三个并发执行的程序段 并行语句记号并行语句记号 cobegin S1；S2；Sn；coendPQR三个并发进程进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入7 失去程序的封闭性和可再现性失去程
4、序的封闭性和可再现性 若一个程序的执行可以改变另一个程序的变量，那么，后 者的输出就可能有赖于各程序执行的相对速度，即失去了 程序的封闭性特点。例：例：讨论共享公共变量的两个程 序，执行时可能产生的不同 结果。程序A执行时对n做加 1的操作；程序B打印出n值，并将它重新置为零。程序程序A n:=n+1;程序程序B print(n);n:=0;共享变量的两个程序进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入8 失去程序的封闭性和可再现性的讨论失去程序的封闭性和可再现性的讨论程序程序A的的n:=n+1与与程序程序B的两个语句的两个语句的关系的关系 n的赋值的赋值 打印的结果打印的结果 n的最终赋
5、值的最终赋值 之前之前 10 11 0 之后之后 10 10 1 之间之间 10 10 0 程序程序A n:=n+1;程序程序B print(n);n:=0;共享变量的两个程序进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入9 程序与计算不再一一对应程序与计算不再一一对应一个程序可以对应多个计算。例例1：I1 输入程序段输入程序段 I2 In例例2：编译编译1C编译程序编译程序 编译编译2 编译编译n 程序并发执行的相互制约程序并发执行的相互制约间接的相互制约关系间接的相互制约关系 资源共享资源共享直接的相互制约关系直接的相互制约关系 公共变量公共变量一个程序对应多个计算的例子进程及进程管理进
6、程及进程管理进程的引入进程的引入10 程序并发执行时，若共享了公共变量，其执行结果与各并发 程序的相对速度有关，即给定相同的初始条件，若不加以控 制，也可能得到不同的结果，此为与时间有关的错误。进程及进程管理进程及进程管理进程的引入进程的引入进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念11 进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念所谓进程，就是一个程序在给定活动空间和初始环境下，在一个处理机上的执行过程。程序是静态的概念，进程是动态的概念；程序是静态的概念，进程是动态的概念；进程是一个独立运行的活动单位；进程是一个独立运行的活动单位；进程是竞争系统资源的基本单位；进程是竞争系统资源的基本单
7、位；一个程序可以对应多个进程，一个进程至少包含一个程序。一个程序可以对应多个进程，一个进程至少包含一个程序。12 等待状态等待状态(wait)进程正等待着某一事件的发生而暂时停止执行。这时，即使给它CPU控制权，它也无法执行。就绪状态就绪状态(ready)进程已获得除CPU之外的运行所必需的资源，一旦得到 CPU控制权，立即可以运行。运行状态运行状态(running)该进程已获得运行所必需的资源，它的程序正在处理机上 执行。进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念13 进程状态可能的变迁进程状态可能的变迁 运运 行行服务请求服务请求(请求请求I/O等等)服务完成服务完成/事件来到事件来到进
8、程调度进程调度时间片到时间片到 等等 待待 就就 绪绪个别系统提供个别系统提供进程状态变迁图进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念14 具有进程基本状态的变迁图具有进程基本状态的变迁图 运运 行行服务请求服务请求(请求请求I/O等等)服务完成服务完成/事件来到事件来到进程调度进程调度 等等 待待 就就 绪绪进程状态变迁图进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念15 讨论进程状态的变迁讨论进程状态的变迁 运运 行行1234 等等 待待 就就 绪绪变迁变迁1 变迁变迁3，是否会发生？需要什么条件？，是否会发生？需要什么条件？变迁变迁4 变迁变迁3，是否会发生？需要什么条件？是否会发生？需
9、要什么条件？进程状态变迁的讨论进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念16 例例1：讨论：讨论3个排序程序在不同的操作系统环境中执行结果个排序程序在不同的操作系统环境中执行结果 程序程序A：冒泡排序算法，在屏幕的左1/3处开设窗口显示其 排序过程；程序程序B：堆排序算法，在屏幕的中1/3处开设窗口显示其排 序过程；程序程序C：快速排序算法，在屏幕的右1/3处开设窗口显示其 排序过程。讨论讨论在不支持多进程的操作系统下运行和在支持多进程的在不支持多进程的操作系统下运行和在支持多进程的 操作系统下运行的情况操作系统下运行的情况 进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念17在不支持多进程的操
10、作系统下运行在不支持多进程的操作系统下运行 依次运行程序A、程序B、程序C。在支持多进程的操作系统下运行在支持多进程的操作系统下运行建立进程A、B、C；对应的程序分别是程序A、B、C；若系统采用时间片轮转的调度策略，则在屏幕上有3个窗口，同时显示3个排序过程。实际上这3个程序在轮流地占用CPU时间，由于CPU的高速度，使我们看到的是这3个程序在同时执行。进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念18 例例2：讨论：讨论2个程序在不同的操作系统环境中执行结果个程序在不同的操作系统环境中执行结果 程序C：打印工资报表的程序；程序D：计算1000以内所有素数并显示最后结果。讨论在不支持多进程的操作
11、系统下运行和在支持多进程讨论在不支持多进程的操作系统下运行和在支持多进程 的操作系统下运行。的操作系统下运行。进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念19在不支持多进程的操作系统下运行在不支持多进程的操作系统下运行 依次运行程序C、程序D，可以看到，先是打印机不停 地打印工资报表，打完后，接着运行程序C，不停地计 算，最后显示所计算的结果。在支持多进程的操作系统下运行在支持多进程的操作系统下运行建立进程C、D；对应的程序分别是程序C、D；由于进程C是I/O量较大的进程，而进程D是计算量较大的进程，故在系统进程调度的控制下，两个进程并发执行。可以看到打印机不断打印工资报表；而处理机不停地计算
12、，最后屏幕显示计算的结果。进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念20描述进程与其他进程、系统资源的关系以及进程在各个不 同时期所处的状态的数据结构，称为进程控制块 PCB(process control block)。进程进程控制块控制块PCB程序程序与与数据数据 程序与数据程序与数据 描述进程本身所应完成的功能 PCB 进程的动态特征，该进程与其他进程和系统资源的关系。进程组成的示意图进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念 进程标识符进程标识符 进程符号名或内部 id号 进程当前状态进程当前状态 本进程目前处于何种状态21wait_lpt_q_startPCB3PCB7 next
13、打印机等待队列结构打印机等待队列结构runningPCB4 next运行指针运行指针ready_q_start PCB1PCB2PCB9就绪队列结构就绪队列结构next进程队列结构示例进程及进程管理进程及进程管理进程概念进程概念22 当前队列指针当前队列指针next 该项登记了处于同一状态的下一个进程的 PCB地址。进程优先级进程优先级 反映了进程要求CPU的紧迫程度。CPU现场保护区现场保护区 当进程由于某种原因释放处理机时，CPU现场信息被保存 在PCB的该区域中。通信信息通信信息 进程间进行通信时所记录的有关信息。家族联系家族联系 指明本进程与家族的联系 占有资源清单占有资源清单 进程及
14、进程管理进程及进程管理进程概念进程概念进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制23对系统中的进程实施有效的管理，负责进程状态的改变。进程状态变化进程状态变化进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制创建撤销无无有有消亡消亡等待运行运行等待等待唤醒就绪就绪等待等待 常用的进程控制原语常用的进程控制原语创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语24 进程创建原语的形式进程创建原语的形式 create(name，priority)name为被创建进程的标识符priority为进程优先级 进程创建原语的功能进程创建原语的功能 创建一个具有指定标识符的进程，建立进
15、程的PCB结构。进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制25PCB池池 进程创建原语的实现进程创建原语的实现 ab 1 进程创建原语的实现框图进程创建原语的实现框图入口入口 查查PCB总链总链有同名有同名?向系统申请一个向系统申请一个空的空的PCB 结构结构有空有空PCB?将入口信息填入将入口信息填入PCB相应项相应项 将将PCB入就绪队列入就绪队列 将将PCB入总链队列入总链队列返回进返回进程程pid出错出错YN出错出错PCB池示意图进程创建原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制26 进程撤销原语的形式进程撤销原语的形式 当进程完成任务后希望终止自己时使用进程撤消原语。K
16、ill(或exit)进程撤销原语的功能进程撤销原语的功能 撤消当前运行的进程。将该进程的PCB结构归还到PCB资 源池，所占用的资源归还给父进程，从总链队列中摘除 它，然后转进程调度程序。进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制27 进程撤销原语的实现进程撤销原语的实现 入口入口由运行指针得当前进程的由运行指针得当前进程的pid释放本进程所占用的资源给父进程释放本进程所占用的资源给父进程该进程从总链队列中摘下该进程从总链队列中摘下释放释放PCB结构结构转进程调度转进程调度进程撤销原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制28 进程等待原语的形式进程等待原语的形式 当进程需要等待
17、某一事件完成时，它可以调用等待原语挂 起自己。susp(chan)入口参数chan：进程等待的原因 进程等待原语的功能进程等待原语的功能 中止调用进程的执行，并加入到等待chan的等待队列中；最后使控制转向进程调度。进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制29 进程等待原语的实现进程等待原语的实现 入口入口保护进程的保护进程的CPU现场到现场到PCB结构中结构中置该进程为置该进程为”等待等待”状态状态将该进程将该进程PCB结构插入到等待结构插入到等待队列中队列中转进程调度转进程调度进程等待原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制30 进程唤醒原语的形式进程唤醒原语的形式 当处
18、于等待状态的进程所期待的事件来到时，由发现者进 程使用唤醒原语叫唤醒它。wakeup(chan)入口参数chan：进程等待的原因。进程唤醒原语的功能进程唤醒原语的功能 当进程等待的事件发生时，唤醒等待该事件的进程。进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制31 进程唤醒原语的实现进程唤醒原语的实现 入口入口找到该等待队列找到该等待队列将队列首进程移出此等待队列将队列首进程移出此等待队列将该进程置将该进程置为为”就绪就绪”状态，状态，并将并将PCB结构插入到就绪结构插入到就绪队列中队列中返回返回进程唤醒原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程控制进程控制进程及进程管理进程及进程管理进程之间的
19、相互制约关系进程之间的相互制约关系32 例例1：两个进程两个进程A、B共享一台打印机共享一台打印机 设：x代表某航班机座号，p1和p2两个售票进程，售票工 作是对变量x加1。这两个进程在一个处理机C上并发执 行，分别具有内部寄存器r1和r2。进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系33 例例2：两个进程共享一个变量：两个进程共享一个变量x 两个进程共享一个变量两个进程共享一个变量x时，两种可能的执行次序：时，两种可能的执行次序：A：p1：r1:=x；r1:=r1+1；x:=r1；p2：r2:=x；r2:=r2+1；x:=r2；设设x的初值为的初值为10，两种情况
20、下的执行结果：，两种情况下的执行结果：情况情况A：x=10+2 情况情况B：x=10+1 B：p1：r1:=x；r1:=r1+1；x:=r1；p2：r2:=x；r2:=r2+1；x:=r2；进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系34 临界区是进程中对公共变量(或存储区)进行审查与修改的 程序段，称为相对于该公共变量的临界区。临界资源的定义临界资源的定义 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。硬件：如输入机、打印机、磁带机等 软件：如公用变量、数据、表格、队列等 x:=x+1;csa 进程进程A进程进程B x:=x+
21、1;csb 进程临界区示意图进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系35 在操作系统中，当某一进程正在访问某一存储区域时，就 不允许其他进程来读出或者修改存储区的内容，否则，就 会发生后果无法估计的错误。进程间的这种相互制约关系 称为互斥。x:=x+1;csa 进程进程A进程进程B x:=x+1;csb 进程临界区示意图进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系36 并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通消息称为进程同步。病员就诊病员就诊 看病活动：看病活动：要病人去要病人去化验；化验；等等化验结
22、果；化验结果；继续诊病；继续诊病；化验活动：化验活动：需要进行化验需要进行化验?进行进行化验；化验；开出化验结果；开出化验结果；进程同步活动示意图进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系37 共享缓冲区的计算进程与打印进程的同步共享缓冲区的计算进程与打印进程的同步 计算进程 cp和打印进程 iop公用一个单缓冲 缓冲区缓冲区bufiop cpABCDABCD两个进程共享一个缓冲区示意图进程及进程管理进程及进程管理进程之间的相互制约关系进程之间的相互制约关系进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构38 用变量w代表某种资源的状态，w称为“锁”。进程及进
23、程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构检测w的值(是0还是1)；如果w的值为1，继续检测；如果w的值为0，将锁位置1(表示占用资源)，进入临界区执行。(此为上锁操作此为上锁操作)临界资源使用完毕，将锁位置0。(此为开锁操作此为开锁操作)39 1W 进入临界区进入临界区csa 0W进程进程AW=0?=0 1W 进入临界区进入临界区csb 0W进程进程BW=0?=0两个进程使用临界资源的操作进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构40 上锁原语上锁原语算法 lock 输入：锁变量w 输出：无 test：if(w为1)goto test；*测试锁位的值*else w=1；*上锁*开
24、锁原语开锁原语算法 unlock 输入：锁变量w 输出：无 w=0；*开锁*进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构41 信号灯是一个确定的二元组(s，q)，s是一个具有非负初值 的整型变量，q是一个初始状态为空的队列。操作系统利 用信号灯的状态对并发进程和共享资源进行控制和管理。信号灯是整型变量。信号灯是整型变量。变量值变量值 0 时，表示绿灯，进程执行；时，表示绿灯，进程执行；变量值变量值 0 时，表示红灯，进程停止执行。时，表示红灯，进程停止执行。注意：创建信号灯时，应准确说明信号灯注意：创建信号灯时，应准确说明信号灯 s 的意义和初值的意义和初值 (这个初值绝不能为负值这个
25、初值绝不能为负值)。进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构42 P 操作的定义操作的定义 对信号灯s的 p操作记为 p(s)。p(s)是一个不可分割的原语操作，即取 信号灯值减1，若相减结果为负，则调用p(s)的进程被阻，并插入到 该信号灯的等待队列中，否则可以继续执行。P 操作的实现操作的实现 入入 口口 S-1 S S0?转进程调度转进程调度返回返回 入信号灯等待队列入信号灯等待队列 置置“等待状态等待状态”00 0 0P 操作原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构43 V 操作的定义操作的定义 对信号灯s的 v操作记为 v(s)。v(s)是一个不可分
26、割的原语操作，即取 信号灯值加1，若相加结果大于零，进程继续执行，否则，要帮助唤 醒在信号灯等待队列上的一个进程。V 操作的实现操作的实现 入入 口口 S+1 S 从信号灯的等待队列中取出首元素从信号灯的等待队列中取出首元素 入就绪队列入就绪队列 置置“就绪状态就绪状态”返回返回 S0?0 0V 操作原语流程图进程及进程管理进程及进程管理进程同步机构进程同步机构进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现44上锁原语上锁原语进入临界区进入临界区csa 进程进程 pa开锁原语开锁原语上锁原语上锁原语进入临界区进入临界区csb 进程进程 pb开锁原语开锁原语两个进程利用上锁
27、、开锁原语实现互斥进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现45 程序程序 task1 main()pa()pb()int w=1；*互斥锁互斥锁*cobegin lock(w)；lock(w)；pa()；csa；csb；pb()；unlock(w)；unlock(w)；coend 进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现46设：mutex为互斥信号灯，初值为1。p(mutex)进入临界区进入临界区csa 进程进程 pa v(mutex)p(mutex)进入临界区进入临界区csb 进程进程 pb v(mutex)两个进程利用信号灯的P、V操
28、作实现互斥进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现47程序程序 task2 main()int mutex=1；*互斥信号灯互斥信号灯*cobegin pa()；pb()；coend pa()pb()p(mutex)；p(mutex)；csa；csb；v(mutex)；v(mutex)；两个并发进程，互斥信号灯的值仅两个并发进程，互斥信号灯的值仅取取1、0和和1三个值。三个值。mutex=1 表示没有进程进入临界区；mutex=0 表示有一个进程进入临界区；mutex=1 表示一个进程进入临界区，另一个进程等待进入。进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进
29、程互斥与同步的实现48x代表某航班机座号，代表某航班机座号，pa和和pb两个售票进程，售票工作是两个售票进程，售票工作是 对变量对变量x加加1。试用信号灯的。试用信号灯的P、V操作实现这两个进程的操作实现这两个进程的 互斥。互斥。设：设：mutex为互斥信号灯，初值为为互斥信号灯，初值为1。p()p()p(mutex)；p(mutex)；x:=x+1；x:=x+1；v(mutex)；v(mutex)；进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现49 进程流图进程流图 p3 s fp5p1p2p4p6p9p10p8 f sp5p6p7 s f进程流图示例进程及进程管理进程
30、及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现50 例：例：pa、pb、pc为一组合作进程，其进程流图如图所示，为一组合作进程，其进程流图如图所示，试用信号灯的试用信号灯的p、v操作实现这三个进程的同步。操作实现这三个进程的同步。pbpcpa f s 分析任务的同步关系分析任务的同步关系 任务启动后 pa先执行，当它结束后，pb、pc可以 开始 执行，pb、pc 都执行完毕后，任务终止。信号灯设置信号灯设置 设两个同步信号灯sb、sc分别表示进程pb和pc能否开 始执行，其初值均为0。同步描述同步描述 pa pb pc p(sb)；p(sc)；v(sb)；v(sc)；3个合作进程 的进程流
31、图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现51pbpcpa f s程序程序 task4 main()int sb=0；*表示表示pb进程能否开始执行进程能否开始执行*int sc=0；*表示表示pc进程能否开始执行进程能否开始执行*cobegin pa()；pb()；pc()；coend pa()pb()pc()p(sb)；p(sc)；v(sb)；v(sc)；3个合作进程 的进程流图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现52 计算进程 cp和打印进程 iop公用一个单缓冲，为了完成正确的计算与打印，试用信号灯的p、v操作实现这两个进程的
32、同步。iop cp 两个进程的任务两个进程的任务 计算进程cp经过计算，将计算结果送入buf；打印进程iop把buf中的数据取出打印。共享缓冲区的合作进程的同步示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现53 信号灯设置信号灯设置 sa：表示缓冲区中是否有可供打印的 计算结果，其初值为0。sb：表示缓冲区有无空位置存放新的 信息，其初值为1。分析任务的同步关系分析任务的同步关系 当cp进程把计算结果送入buf时，iop进程才能从buf中取出结 果去打印，否则必须等待。当iop进程把buf中的数据取出打印后，cp进程才能把下一个 计算结果数据送入buf中，否则必须等
33、待。iop cp共享缓冲区的合作进程 的同步示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现54 同步描述同步描述 cp:iop:p(sa)；产生一个数据；产生一个数据；从从buf中取中取 数据；数据；p(sb)；v(sb)；将数据放入将数据放入buf；打印；打印；v(sa)；程序描述程序描述 iop cp共享缓冲区的合作进程 的同步示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现55程序程序 task5main()int sa=0；*表示表示buf中有无信息中有无信息 *int sb=1；*表示表示buf中有无空位置中有无空位置*cobeg
34、in cp()；iop()；coendcp()iop()while(计算未完成计算未完成)while(打印工作未完成打印工作未完成)得到一个计算结果；得到一个计算结果；p(sa)；p(sb)；从缓冲区中取一数；从缓冲区中取一数；将数送到缓冲区中；将数送到缓冲区中；v(sb)；v(sa)；从打印机上输出；从打印机上输出；iop cp共享缓冲区的合作进程 的同步示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现56 计算进程和打印进程计算进程和打印进程 计算进程 cp不断产生数据，是生产者；打印进程 iop不断打印数据，是消费者。通信问题通信问题 发消息进程 send不断产
35、生消息，是生产者；收消息进程 receive不断接收消息，是消费者。进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现57 生产者生产者消费者问题图示消费者问题图示 生产者与消费者的同步关系生产者与消费者的同步关系 生产者：当有界缓冲区中无空位置时，要等待；向有界缓冲区放入物品后，要发消息。消费者：当有界缓冲区中无物品时，要等待；从有界缓冲区取出物品后，要发消息。c1p1 c2c3ck p2p3pm生产者消费者问题示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现58 信号灯设置信号灯设置 两个同步信号灯两个同步信号灯 sb：表示空缓冲区的数目，初值=
36、n sa：表示满缓冲区(即信息)的数目，初值=0 一个互斥信号灯一个互斥信号灯 mutex：表示有界缓冲区是否被占用，初值=1c1p1 c2c3ck p2p3pm生产者消费者问题示意图进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现59 同步描述同步描述 生产者生产者:消费者消费者:p(sa)p(sb)；p(mutex)；p(mutex)；从有界缓冲区中取数据；从有界缓冲区中取数据；将数据放入有界缓冲区；将数据放入有界缓冲区；v(mutex)；v(mutex)；v(sb)；v(sa)；消费消费;进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现60 程序描
37、述程序描述程序程序 prod_consmain()int sa=0；*满缓冲区的数目满缓冲区的数目*int sb=n；*空缓冲区的数目空缓冲区的数目*int mutex=1；*对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯*cobegin p1()；p2()；pm()；c1()；c2()；ck()；coend进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现61pi()cj()while(生产未完成生产未完成)while(还要继续消费还要继续消费)p(sa)；生产一个产品；生产一个产品；p(mutex)；p(sb)；从有界缓冲区中取产品；从有界缓冲区中取产品
38、；p(mutex)；v(empty)；送一个产品到有界缓冲送一个产品到有界缓冲 v(sb)；v(mutex)；消费一个产品；消费一个产品；v(sa)；进程及进程管理进程及进程管理进程互斥与同步的实现进程互斥与同步的实现进程及进程管理进程及进程管理进程通信进程通信62进程及进程管理进程及进程管理进程通信进程通信在消息通信中，接收方和发送方之间有明确的协议和消息格式。消息缓冲通信方式包括消息缓冲、发送原语和接收原语。进程通信是指进程之间直接以较高的效率传递较多数据的信进程通信是指进程之间直接以较高的效率传递较多数据的信 息交互方式。息交互方式。63进程及进程管理进程及进程管理进程通信进程通信在信箱
39、通信中，需要定义信箱结构，还包括消息发送 和接收功能模块，提供发送原语和接收原语。信箱通信中，所使用的信箱可以位于用户空间中，是 接收进程地址空间的一部分；也可以放置在操作系统 的空间中。进程及进程管理进程及进程管理线程概念及特点线程概念及特点64 线程是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路线程是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路 径。径。进程及进程管理进程及进程管理线程概念及特点线程概念及特点 进程中的一条执行路径；它有自己私用的堆栈和处理机执行环境；它与父进程共享分配给父进程的主存；它是单个进程所创建的许多个同时存在的线程中的一个。65进程及进程管理进程及进程管理线程概念
40、及特点线程概念及特点 线程是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路 径。创建一个线程比创建一个进程开销要小得多。实现线程间通信十分方便，因为一个进程创建的多个线程 可以共享地址区域和数据。线程是一个动态的概念。在进程内创建多线程，可以提高系统的并行处理能力，加 快进程的处理速度。运 行 终止 创建 就绪 等待 线程的状态变迁图66进程及进程管理进程及进程管理线程概念及特点线程概念及特点进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 pid=fork();功能功能：创建一个子进程，被创建的子进程是父进程的进 程映像的一个副本
41、(除proc结构外)，在UNIX系统中，除 了0#进程外，其它进程都是通过调用进程创建系统调用 创建的。67 UNIX/Linux系统的核心为系统调用fork 完成下列操作：为新进程分配一个新的pcb结构；为子进程赋一个唯一的进程标识号(PID)；做一个父进程上下文的逻辑副本。由于进程的正文区(代码段)可被几个进程所共享，所以核心只要增加某个正文区的引用数即可，而不是真的将该区拷贝到一个新的内存物理区。这就意味着父子进程将执行相同的代码。数据段和堆栈段属于进程的私有数据，需要拷贝到新的内存区中。增加与该进程相关联的文件表和索引节点表的引用数。这就意味着父进程打开的文件子进程可以继续使用。对父进
42、程返回子进程的进程号，对子进程返回零。68进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 从子进程返回从子进程返回打印打印:“这是子进程的执行程序。”“这是父、子进程的共有执行程序”从父进程返回从父进程返回 打印打印：“这是父进程执行程序。”“这是父、子进程的共有执行程序”69进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发例：main()int x;while(x=fork()=-1);if(x=0)printf(“a”);else printf(“b”);printf(“c”);abcc?bcac?abcc?acbc?cabc?结果？70进程及进程管理进程及进程管理操作系
43、统的并发操作系统的并发main()int child,i=2;if(child=fork()=1)printf(fork error.);exit();if(child=0)i=i+3;printf(“i=%dn”,i);i=i+5;printf(“i=%dn”,i);1.fork error2.i=5 i=10 i=73.i=7 i=5 i=104.i=5 i=7 i=10插入else呢？i=7,5,5 71进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发父子1子2main()if(fork()=0)子1的代码段 else if(fork()=0)子2的代码段 else 3父代码段
44、213main()if(fork()=0)子1的代码段;if(fork()=0)子2的代码段 else 子1的代码段 else 3父代码段去掉这个去掉这个else谁执行这一段？谁执行这一段？3231子1子2父72进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 更换进程执行代码，更换正文段，数据段更换进程执行代码，更换正文段，数据段 调用格式：调用格式：exec(文件名，参数表，环境变量表）文件名，参数表，环境变量表）例例 execlp(“max”,15,18,10,0);execvp(“max”,argp)main()if(fork()=0)printf(“a”);execlp(“f
45、ile1”,0);printf(“b”);printf(“c”);file1:main()printf(“d”);acd?cad?adc?abdc?adbcc?73进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 pid=fork();pthread_create(pthread_t *thread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);74#include#include#include void thread(void)int i;for(i=0;i3;i+)printf(This is a pthre
46、ad.n);int main(void)pthread_tid;int i,ret;ret=pthread_create(&id,NULL,(void*)thread,NULL);if(ret!=0)printf(Create pthread error!n);exit(1);for(i=0;i3;i+)printf(This is the main process.n);pthread_join(id,NULL);return(0);75进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 wait();waitpid();wait()语法格式语法格式 pid=wait(stat_add
47、r);wait()函数使父进程暂停执行，直到它的一个子进程结束为 止，该函数的返回值是终止运行的子进程的PID。参数status 所指向的变量存放子进程的退出码，即从子进程的main函 数返回的值或子进程中exit()函数的参数。如果status不是一 个空指针，状态信息将被写入它指向的变量。76进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 waitpid()语法格式语法格式 pid=wait(stat_addr);waitpid(pid_t pid,int*status,int options)用来等待子进程的结束，但它用于等待某个特定进程结束。参数pid指明要等待的子进程的PI
48、D，参数status的含义与 wait()函数中的status相同。77进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发 main()int n;.if(fork()=0)printf(“a”);exit(0);wait(&n);printf(“b”);printf(“c”);78 例例1 进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发main()int p1,p2,p3,p4,p5,pp1,pp2;printf(“程序开始执行”)；if(p1=fork()=0）printf（“进程proc1执行”）；exit(1);else if(p2=fork()=0）printf（“进
49、程proc2执行”）；exit(1);pp1=wait(&pp1);/*等待，直到子进程终止*/pp2=wait(&pp2);/*等待，直到子进程终止*/79 例例2 程序程序 进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发if(p3=fork()=0）printf（“进程proc3执行”）；else if（(p4=fork（）)=0）printf（“进程proc4执行”）；else if（(p5=fork（）)=0）printf（“进程proc5执行”）；exit(1);printf(“整个程序终止“)；exit(0);80进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发a
50、.画出描述子进程执行先后次序的进程流图。(各进程 分别用其对应的函数名或包含其进程号的符号名标识)。b.这个程序执行时最多可能有几个进程同时存在？同时 存在的进程数最多时分别是哪几个进程？c.程序执行时，“整个程序终止”被输出几次？分别是 哪些进程输出的？试回答如下问题试回答如下问题 81进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发b.最多4个进程同时存在，分别是main、p3、p4、p5。c.3次，main、p3、p4。问题答案问题答案 a.p3p4 Fp2Sp1p582子进程进程执行的流图图进程及进程管理进程及进程管理操作系统的并发操作系统的并发#include#include
