进程的描述与控制
前趋图和程序执行
前趋图
前趋图是一个有向无环图（DAG），用于描述进程之间执行的先后的关系
结点：描述一个程序段或进程，或一条语句
**有向边：**结点之间的偏序或前序关系“——>”,Pi——>Pj，则Pi是Pj的直接前趋，Pj是Pi的直接后继
**注意：**前趋图中必须不存在循环
程序的顺序执行
一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。
特征：
- 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：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：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
程序的并发执行
特征：
- 间断性：在多道程序设计的环境下，程序的并发执行，以及为完成一项任务而相互合作，这些程序之间要共享系统的资源，形成了相互制约的关系。相互制约导致并发程序具有“执行—暂停—执行”这种间断性的活动规律。
- 失去封闭性：程序在并发执行时，系统的资源状态由多道程序来改变，程序运行失去封闭性。一程序的运行受到其他程序的影响。
- 不可再现性：程序在并发执行时，多次运行初始条件相同的同一程序会得出不同的运行结果。例：共享公共变量的两个程序，它们执行时可能产生不同结果。
进程的描述
进程的特征和定义
进程：程序关于某个数据集合的一次执行过程
特征：
- 结构特征：进程控制块(PCB) + 程序 + 数据 = 进程实体
- 动态性——最基本的特征：进程：进程实体的一次执行过程，有生命周期。程序：程序是一组有序指令的集合，是静态概念
- 并发性
- 独立性
- 异步性：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
###进程的三种基本状态 - 就绪状态：进程已获得除CPU之外的所有必需的资源，一旦得到CPU控制权，立即可以行。
- 运行状态： 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
- 阻塞状态：正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，称该进程处于阻塞状态或等待状态
挂起状态
引起挂起状态的原因：
- 终端用户的请求
- 父进程请求
- 负荷调节的需要
- 操作系统的需要
进程状态的转换：
引入挂起状态后，增加了挂起状态(静止状态)到非挂起状态(活动状态)的转换，或者相反 - 活动就绪–>静止就绪
- 活动阻塞–>静止阻塞
- 静止就绪–>活动就绪
- 静止阻塞–>活动阻塞
进程管理中的数据结构
进程控制块（PCB）的作用
存放进程管理和控制信息的数据结构称为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构，在创建时，建立PCB，并伴随进程运行的全过程，直到进程撤消而撤消。PCB就象我们的户口。
PCB是进程存在的唯一标志。
系统的所有PCB组织成链表或队列，常驻内存的PCB区。
进程控制块中的信息
进程标示符
每个进程都必须有一个唯一的标识符
内部标示符
外部标示符
处理机状态：
处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中的内容组成。处理机运行时的信息存放在寄存器中，当被中断时这些信息要存放在PCB中。
-
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
-
进程通信和同步机制
-
资源清单
-
链接指针
进程控制块的组织方式： -
线性方式
-
链接方式：吧具有相同状态的PCB通过其中的链接字链接成一个队列
-
索引方式：系统根据所有进程的状态建立几张索引表，吧各个表的内存首地址记录在内存的专用单元中。索引表的表目中记录了相应状态的某个PCB在PCB表中的地址。
进程控制
进程图：
引起创建进程的事件：
多道程序环境中，只有进程才能在系统中运行：
用户登录、作业调度、提供服务、应用请求
进程的创建：
调用进程创建原语Create（）创建新进程
进程创建的过程：
申请空白PCB——为新进程分配资源——初始化进程控制块——将新进程插入就绪队列
进程的终止：
1、引起终止的事件：
正常结束、异常结束（越界错误、非法指令等）、外界干预（操作员或者操作系统干预、父进程请求、父进程终止）
2、进程终止的过程：
找出被终止进程的PCB ——
若进程状态为运行态，置CPU调度标志为真——
若其有子孙进程，终止其子孙进程并回收其资源——
回收终止进程的资源 ——
回收终止进程的PCB
进程的阻塞与唤醒
- 引起进程阻塞和唤醒的事件
1)请求系统服务 2)启动某种操作
3)新数据尚未到达 4)无新工作可做 - 进程阻塞过程
调用阻塞原语阻塞自己；
将PCB中的状态改为阻塞，并加入阻塞队列；
转进程调度。 - 进程唤醒过程
把阻塞进程从等待该事件的阻塞队列中移出；
置进程状态为就绪态，将PCB插入到就绪队列中。
阻塞原语与唤醒原语作用相反，成对使用
原语：
原语是在操作系统中调用核心层子程序的指令。. 与一般广义指令的区别在于它是不可中断的，而且总是作为一个基本单位出现。. 它与一般过程的区别在于：它们是“ 原子操作 （primitive or atomic action）”。. 所谓原子操作，是指一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做。. 换言之，它是一个不可分割的基本单位，因此，在执行过程中不允许被中断。. 原子操作在管态下执行，常驻内存。. 原语的作用是为了实现进程的通信和控制，系统对进程的控制如不使用原语，就会造成其状态的不确定性，从而达不到 进程 控制的目的
进程的挂起与激活
- 进程的挂起过程
检查被挂起进程的状态：
若处于活动就绪，则改为静止就绪；
若处于活动阻塞，则改为静止阻塞；
若挂起的进程正在执行，则重新进行进程调度。 - 进程的激活过程：
- 激活原语先将进程从外存调入内存；
- 检查该进程的状态：
若为静止就绪，则改为活动就绪；
若处于静止阻塞，则改为活动阻塞。
进程同步
概念：
-
进程间两种形式的制约关系
(1) 间接相互制约关系 — 源于资源共享
(2) 直接相互制约关系 — 源于进程合作 -
临界资源 — 互斥访问
-
临界区
临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码
访问临界区的程序设计为：
对欲访问的临界资源进行检查，
若此刻未被访问，设正在访问的标志 ……进入区
访问临界资源 ……临界区
将正在访问的标志恢复为未被访问的标志 ……退出区
其余部分 ……剩余区 -
同步机制应遵循的规则
空闲让进
忙则等待
有限等待
让权等待
信号量机制
1、整型信号量：
定义：整型量，除初始化外，仅能通过两个原子操作来访问
P操作：wait(S)😛(S)
while(S<=0)do no-p;
S--;
V操作 signal(S):V(S)
S++;
PV操作是原子操作不可中断
semaphore mutex =1;
begin
parbegin
process 1: begin
repeat
wait(mutex);
critical section
signal(mutex);
remainder section
until false;
end
process 2: begin
repeat
wait(mutex);
critical section
signal(mutex);
remainder section
until false;
end
parend
缺点：没有遵循让权等待原则
2、记录性信号量：
引入整型变量value(代表资源数目)、进程链表List (链接所有等待进程)
记录型数据结构：
typedef struct{
int value;
struct process_control_block * list;
} semaphore;
缺点：共享的资源越多，死锁的可能性越大
3、AND型信号量
生产者消费者问题
