进程与进程管理

前驱图的定义

用来描述程序（或进程）之间先后执行顺序的有向无环图 简称DAG

注意：

• 前驱图中，没有前驱的节点称为初始结点，没有后继的节点称为终止结点
• 前驱图中不能存在环

程序顺序执行的特征

• 程序执行的顺序性
• 程序执行的封闭性
• 程序执行结果的确定性
• 程序结果的可再现性

程序并发执行的特征

• 程序执行的间断性
• 程序执行失去封闭性
• 程序执行结果的不可再现性

对比顺序执行与并发执行区别

• 顺序执行拥有一定顺序，而并发没有，程序执行期间可中途间断
• 顺序执行具有封闭性，执行结果不受外部影响，而并发执行没有封闭性
• 由于并发执行失去了封闭性 ，也就失去了可再现性，而顺序执行拥有可再现性

进程是啥

任意选一个自己方便理解好记的

• 进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。——百度
• 行为的一个规则称为程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程。——Dijkstra
• 进程是可以和别的计算并发执行的计算。——Madinick and Donowan
• 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时发生的活动。——A.C.Shaw
• 进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。——Peter Denning
• 进程是具有独立功能的可并发执行的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位。——操作系统(第四版)

进程的功能

• 资源分配
• 调度

进程的特征

• 动态性——其动态表现为：由调度而执行，得不到资源而暂停执行，以及撤销而消亡。
• 并发性
• 独立性
• 异步性
• 结构特征
  • 进程映像/进程实体的组成
    • 程序段
    • 数据段
    • 进程控制块

进程的基本状态

• 就绪
• 执行
• 阻塞

执行中的程序

主动排队>>阻塞

被动排队>>就绪

进程状态的转换

• 就绪>>执行 (处于就绪的进程分配到资源后)
• 执行>>阻塞 (执行的进程请求的临界资源正被其他进程访问)
• 执行>>就绪 (被优先级高的进程抢占了资源)
• 阻塞>>就绪 (等待等待)

图示

程序、进程、线程区别与联系

进程与程序的区别与联系

联系

进程是把程序作为它的运行实体，没有程序，也就没有进程

进程由程序、数据和进程控制块3部分组成

区别

程序是静态的，进程是动态的

程序可以长期保存，而进程有生命周期，是临时的

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；而程序不是

线程与进程的区别与联系

联系

• 进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述

• 进程和线程都是由操作系统所体会的程序运行的基本单元

区别

• 进程有独立的地址空间 ，线程有自己的PCB，没有独立的地址空间

进程控制块

• PCB——进程控制块
• TCB——线程控制块

概念

进程控制块PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的数据结构。

作用

对进程的控制与管理

作用的过程

系统创建一个新进程时就为它建立了一个进程控制块PCB；进程结束时又回收其PCB，进程也随之消亡。

也可总结为

• 创建新进程>>创建PCB

• 进程结束>>回收PCB

进程控制块中的信息

• 进程标识符的信息
  • 外部标识符
  • 内部标识符
• 处理机状态信息
  • 通用寄存器
  • 指令计数器
  • 程序状态字PSW
  • 用户栈指针
• 进程调度信息
  • 进程状态
  • 进程优先级
  • 进程调度所需的其他信息
  • 事件
• 进程控制信息
  • 程序和数据的地址
  • 进程同步和通信机制
  • 资源清单
  • 链接指针

操作系统的内核

操作系统内核是指大多数操作系统的核心部分

操作系统内核的核心功能

• 中断处理
• 进程管理
  • 进程的建立和撤销
  • 进程状态的转换
  • 进程调度
  • 控制进程的并发执行
• 资源管理中的基本操作

进程的创建

创建原语 create()

记住一句：子死父不一定死，父死子必死

引起创建进程的事件

• 用户登录
• 作业调度
• 提供服务
• 应用请求

进程创建的过程

1. 申请空白进程控制块
2. 为新进程分配资源
3. 初始化进程控制块
4. 将新进程插入就绪队列

进程的终止

终止原语 destroy()

引进进程终止的事件

• 正常结束
• 异常结束
• 外界干预

进程终止过程

1. 根据被终止进程的标识符从进程控制块PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态
2. 若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行并设置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度，选择一新进程，把处理机分配给它
3. 若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止，以防它们成为不可控的
4. 将该进程所拥有的全部资源或者归还其父进程或者归还给系统
5. 将被终止进程的PCB从所在队列中移除，等待其他程序来搜集信息

简述

1. 从标识符中读出当前进程的状态
2. 若处于执行，则终止该进程，将处理机资源分配给其他新进程
3. 若进程包含子孙进程，则终止所有子孙进程
4. 将该进程所有资源释放回收
5. 将该进程的PCB回收

进程的调度

• 高级调度(作业调度)——从外存接纳一个作业，为它创建进程且分配必要的资源，并挂到就绪队列上
• 低级调度(进程调度)——决定就绪队列哪个进程将获得处理机资源
• 中级调度

进程调度方式

• 非剥夺方式
  • 优点：简单，系统开销小
  • 缺点：短进程周转时间长，紧急任务无法立即投入运行
• 剥夺方式
  • 剥夺原则
    • 优先权原则
    • 短进程优先原则
    • 时间片原则

进程调度算法

• 先进先出算法
• 短作业优先调度算法(最短处理机运行期优先调度算法)

Tn+1=αtn+(1-α)Tn

α用于预测值，通常在0.5左右

tn是第n个实际的处理机执行期

Tn是其预测值

线程的定义

引入线程的操作系统中，线程是进程的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位

引入线程的目的

为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性

引入线程的好处

• 创建与终止一个线程花费时间少

• 线程之间切换花费时间少

• 同一进程内线程共享内存与文件，无须调用系统内核

• 线程能够独立执行

线程与进程的比较

• 调度——把线程作为调度和分配的基本单位
• 并发性——使系统具有更好的并发性，从而更加高效地使用系统资源和提高系统吞吐量
• 拥有资源——进程可以拥有独立资源，线程是共享资源
• 系统开销——线程的切换、同步和通信都无须操作系统内核的干预