操作系统第2章.ppt

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1、第2章　处理机管理2.1处理机管理概述2.2进程2.3进程控制2.4进程同步与互斥2.5进程通信2.6进程调度2.7进程死锁2.8线程的基本概念2.1处理机管理概述在计算机的各种硬件资源中，处理机是最重要的资源，也是最紧俏的资源。2.1.1处理机管理的功能处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，对进程的控制和管理。处理机管理的主要功能有进程控制、进程同步、进程通信和进程调度和进程死锁。2.1.2前趋图前趋图是一个有向无循环图。图中的每个结点可用于表示一条语句、一个程序段等；结点间的有向边表示在两个结点之间存在的前趋关系。前趋，后继，初始结点，终止结点图2-1具有6个结点的前趋图P2P3P

2、4P5P6P12.1.3程序的顺序执行及其特征若一个计算由若干操作组成，而这些操作必须按照某种先后次序执行，这类计算过程就是程序的顺序执行，由这些操作构成的程序称为顺序程序。比如，有如下程序：它的执行顺序是：ICP输入计算打印如果有2个程序需要执行，则执行顺序为：程序顺序执行时的特征：（1）执行的顺序性严格按照程序所规定的顺序执行。只有前一段执行结束，后一段程序才能开始。（2）环境的封闭性在单道程序环境下，程序一旦开始执行，其计算结果不受外界因素影响。程序在运行时独占所有资源，资源的状态只有本程序能够改变它。（3）计算过程的可再现性只要程序执行的环境和初始条件相同，程序无论重复执行多少次

3、，按何种方式执行，都将获得相同的结果。（与时间无关性）I1C1P1I2C2P2图2-2程序顺序执行时的前趋图2.1.4程序的并发执行在引入了操作系统后，程序可以并发执行。对于上例程序的执行情况如下:I1I2I3I4C1C2C3C4P1P2P3P4图2-3程序并发执行时的前趋图（1）程序并发执行时的特征①间断性表现为“执行——暂停执行——执行”的间断性活动规律。②失去封闭性封闭性是指程序独占资源，程序在执行时，不会受到其它程序的影响。现在程序不再独占资源，而是多个程序共享资源，因此封闭性也不复存在。③不可再现性由于程序执行时失去了封闭性，也将导致失去可再现性，既使并发程序执行的环境和初始条

4、件相同，程序的多次或以不同方式的执行，也可能获得不相同的结果。程序的执行将与时间有关。（2）进程并发执行的判断方法判断程序能否并发执行的方法有2种：Bernstein（巴斯滕）条件和前趋图。①Bernstein条件（时间无关性条件）即不同运算（或程序）的读集与写集的交集和写集与写集的交集的并集为空集时，这几个运算（或程序）可以并发执行。运算的读集是指在运算执行期间引用的所有变量的集合，运算的写集是指在运算执行期间要改变的所有变量的集合。如：运算w=x+y，其读集是{x,y}，其写集是{w}。例2-2有四条语句，哪些语句可以并发地执行？s1：a=x+y;s2：b=z+1;s3：c=a-b;

5、s4：d=c+1;分析：4个语句的读集与写集分别是：读集：R(s1)={x,y},R(s2)={z},R(s3)={a,b},R(s4)={c}写集：W(s1)={a},W(s2)={b},W(s3)={c},W(s4)={d}由Bernstein条件可知s1与s2可以并发执行。②利用前趋图画出程序执行的前趋图，根据该程序或运算在前趋图中的位置关系，可以判断其能否并发执行。即在程序或运算的先后顺序上，只有前后相邻的程序或运算不能并发执行，其余程序和运算都可以并发执行。例2-3已知一个求值公式(A2+3B)/(B+5A)，若A、B已赋值，试画出该公式求值过程的前趋图，并判断哪些求值过程可以

6、并发执行。分析：把公式(A2+3B)/(B+5A)按运算顺序分解，可以产生如下运算步骤：s1～s6，如图2-4（a）所示；根据分解的运算顺序画出它的前趋图，如图2-4（b）所示。能够并发执行的运算是：s1与s2、s1与s3、s2与s3、s1与s5、s2与s5、s3与s4、s4与s5，其余的运算不能并发执行。s1s2s3s4s5s6x1=a*ax2=3*bx3=5*ax4=x1+x2x5=b+x3x6=x4/x5运算顺序前趋图2.2进程（process）2.2.1进程的定义和特征1．进程的定义进程是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和

7、保护的基本单位。操作系统中为什么要引入进程呢？（1）刻画系统的动态性程序是一个静态的概念，它无法描述程序的执行过程这样一个动态的过程。（2）正确描述程序的执行状态在多道程序环境下，程序与计算（程序的执行）不再一一对应。2．进程的特征动态性、并发性、独立性、异步性、结构性（1）动态性进程是程序在数据集合上的一次执行过程，它由创建而产生，因调度而执行，因得不到资源而暂停，因撤销而消亡。（2）并发性并发性是指多个同在主存中的进程，能在一段