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1、第3章進程管理3.1進程的概念3.2進程的描述3.3進程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換3.4進程控制3.5進程互斥3.6進程同步3.7進程通信3.8死鎖問題3.9線程本章小結(jié)習(xí)題3.1進程的概念現(xiàn)代操作系統(tǒng)的重要特點是程序的并發(fā)執(zhí)行，及系統(tǒng)所擁有的資源被共享和系統(tǒng)的用戶隨機地使用。這三個特點是互相聯(lián)系和互相依賴的，它們是互相獨立的用戶如何使用有限的計算機系統(tǒng)資源的反映。通常，操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一是使用戶充分、有效地利用系統(tǒng)資源。采用一個什么樣的概念，來描述計算機程序的執(zhí)行過程和作為資源分配的基本單位才能充分反映操作系統(tǒng)
2、的執(zhí)行并發(fā)、資源共享及用戶隨機的特點呢？這個概念就是進程。為了講清進程的概念，以及引入進程概念的必要性等，下面將從操作系統(tǒng)的特點講起。3.1.1程序的并發(fā)執(zhí)行程序程序是一個在時間上按嚴格次序前后相繼的操作序列，是一個靜態(tài)的概念。程序體現(xiàn)了編程人員要求計算機完成所要求功能時所應(yīng)該采取的順序步驟。2.程序的順序執(zhí)行其執(zhí)行過程可以描述為：RepeatIR←M［pc］pc←pc+1〈Execute(instructioninIR)〉UntilCPUhalt我們把一個具有獨立功能的程序獨占處理機直至最終結(jié)束的過程
3、稱為程序的順序執(zhí)行。程序的順序執(zhí)行具有如下特點：(1)順序性程序順序執(zhí)行時，其執(zhí)行過程可看作一系列嚴格按程序規(guī)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。(2)封閉性程序執(zhí)行得到的最終結(jié)果由給定的初始條件決定，不受外界因素的影響。(3)可再現(xiàn)性只要輸入的初始條件相同，則無論何時重復(fù)執(zhí)行該程序都會得到相同的結(jié)果。3.多道程序系統(tǒng)中程序執(zhí)行環(huán)境的變化在許多情況下，需要計算機能夠同時處理多個具有獨立功能的程序。批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)等都是這樣的系統(tǒng)。這樣的執(zhí)行環(huán)境具有下述三個特點：(1)獨立性每道程序都是邏
4、輯上獨立的，它們之間不存在邏輯上的制約關(guān)系。(2)隨機性在多道程序環(huán)境下，特別是在多用戶環(huán)境下，程序和數(shù)據(jù)的輸入與執(zhí)行開始時間都是隨機的。(3)資源共享資源共享將導(dǎo)致對進程執(zhí)行速度的制約。4.程序的并發(fā)執(zhí)行(1)什么是程序的并發(fā)執(zhí)行所謂并發(fā)執(zhí)行，是為了增強計算機系統(tǒng)的處理能力和提高資源利用率所采取的一種同時操作技術(shù)。程序的并發(fā)執(zhí)行可進一步分為兩種：第一種是多道程序系統(tǒng)的程序執(zhí)行環(huán)境變化所引起的多道程序的并發(fā)執(zhí)行。由于資源的有限性，多道程序的并發(fā)執(zhí)行總是伴隨著資源的共享與競爭。從而制約各道程序的執(zhí)行速度。
5、而無法作到在微觀上，也就是在指令級上的同時執(zhí)行。因此，盡管多道程序的并發(fā)執(zhí)行在宏觀上是同時進行的，但在微觀上仍是順序執(zhí)行的；第二種并發(fā)執(zhí)行是在某道程序的幾個程序段中（例如幾個程序），包含著一部分可以同時執(zhí)行或順序顛倒執(zhí)行的代碼。程序段并發(fā)執(zhí)行：read(a)；read(b)；它們既可以同時執(zhí)行，也可顛倒次序執(zhí)行。對于這樣的語句，同時執(zhí)行不會改變順序程序所具有的邏輯性質(zhì)。因此，可以采用并發(fā)執(zhí)行來充分利用系統(tǒng)資源以提高計算機的處理能力。程序的并發(fā)執(zhí)行可總結(jié)為：一組在邏輯上互相獨立的程序或程序段在執(zhí)行過程中，
6、其執(zhí)行時間在客觀上互相重疊，即一個程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始的這種執(zhí)行方式。程序的并發(fā)執(zhí)行不同于程序的并行執(zhí)行。程序的并行執(zhí)行是指一組程序按獨立的、異步的速度執(zhí)行。并發(fā)執(zhí)行不等于時間上的重疊?？梢詫⒉l(fā)執(zhí)行過程描述為：程序的并發(fā)執(zhí)行：一組在邏輯上互相獨立的程序或程序段在執(zhí)行過程中，其執(zhí)行時間在客觀上互相重疊，即一個程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始的這種執(zhí)行方式。程序的并發(fā)執(zhí)行不同于程序的并行執(zhí)行。程序的并行執(zhí)行是指一組程序按獨立的、異步的速度執(zhí)行。并發(fā)執(zhí)行不等于時間
7、上的重疊?？梢詫⒉l(fā)執(zhí)行過程描述為：S0CobeginP1；P2；...PnCoendSn這里，S0，Sn分別表示并發(fā)程序段P1，P2，…，Pn開始執(zhí)行前和并發(fā)執(zhí)行結(jié)束后的語句。P1，P2，…，Pn也可以由同一程序段中的不同語句組成。1966年Bernstein提出了兩相鄰語句S1，S2可以并發(fā)執(zhí)行的條件：將程序中任一語句Si劃分為兩個變量的集合R(Si)和W(Si)。其中R(Si)={a1a2…am}，aj(j=1，…，m)是語句Si在執(zhí)行期間必須對其進行讀寫的變量；W(Si)={b1b2…bn}，b
8、j(j=1，…，n)是語句Si在執(zhí)行期間必須對其進行修改、訪問的變量；如果對于語句S1和S2，有①R(S1)∩W(S2)={∮}，②W(S1)∩R(S2)={∮}，③W(S1)∩W(S2)={∮}同時成立，則語句S1和S2是可以并發(fā)執(zhí)行的。(2)程序的并發(fā)執(zhí)行所帶來的影響程序的并發(fā)執(zhí)行充分地利用了系統(tǒng)資源，從而提高了系統(tǒng)的處理能力，這是并發(fā)執(zhí)行好的一方面。但是，正如前面所提到的那樣，由于系統(tǒng)資源有限，程序的并發(fā)執(zhí)行必然導(dǎo)致資源共享和資源競爭
