《進(jìn)程和處理機(jī)管理》課件

《進(jìn)程和處理機(jī)管理》ppt課件目錄CONTENTS進(jìn)程管理處理機(jī)調(diào)度進(jìn)程同步與互斥死鎖與饑餓進(jìn)程通信01CHAPTER進(jìn)程管理總結(jié)詞進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，具有動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性和制約性等屬性。要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述進(jìn)程是程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程具有動(dòng)態(tài)性，即進(jìn)程的狀態(tài)隨時(shí)間而變化；并發(fā)性，即多個(gè)進(jìn)程可以在同一時(shí)刻運(yùn)行；獨(dú)立性，即進(jìn)程是一個(gè)完整的執(zhí)行實(shí)體，擁有自己的地址空間和系統(tǒng)資源；制約性，即進(jìn)程之間存在相互制約的同步關(guān)系，需要遵循一定的規(guī)則進(jìn)行通信和同步。進(jìn)程的定義和屬性總結(jié)詞進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷三種狀態(tài)：就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)，并且這些狀態(tài)之間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。詳細(xì)描述進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷三種狀態(tài)：就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程被創(chuàng)建后，它首先進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待系統(tǒng)資源；當(dāng)調(diào)度器調(diào)度到該進(jìn)程時(shí)，它進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)進(jìn)程等待某個(gè)事件（如I/O操作）時(shí)，它進(jìn)入阻塞狀態(tài)。這三種狀態(tài)之間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，例如，當(dāng)進(jìn)程完成其任務(wù)時(shí)，它從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為終止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)?shù)却馁Y源可用時(shí)，阻塞狀態(tài)的進(jìn)程會(huì)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換VS進(jìn)程可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新的進(jìn)程，也可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用終止進(jìn)程。詳細(xì)描述在操作系統(tǒng)中，可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新的進(jìn)程。這通常涉及到調(diào)用fork()或create()等系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。創(chuàng)建新進(jìn)程時(shí)，父進(jìn)程復(fù)制自己的地址空間和資源給子進(jìn)程，子進(jìn)程從父進(jìn)程那里繼承了必要的資源。當(dāng)需要終止一個(gè)進(jìn)程時(shí)，可以調(diào)用kill()或exit()等系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。終止進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)回收該進(jìn)程所占用的資源，并通知其父進(jìn)程該子進(jìn)程已經(jīng)終止?？偨Y(jié)詞進(jìn)程的創(chuàng)建與終止當(dāng)進(jìn)程需要等待某個(gè)條件滿足（如等待I/O操作完成）時(shí)，它會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)；當(dāng)該條件滿足時(shí)，進(jìn)程會(huì)被喚醒并重新進(jìn)入就緒狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要等待某個(gè)條件滿足（如等待I/O操作完成）時(shí)，它會(huì)主動(dòng)放棄處理器并進(jìn)入阻塞狀態(tài)。此時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將該進(jìn)程從運(yùn)行隊(duì)列中移除，并等待該條件滿足后將其重新放入就緒隊(duì)列中。當(dāng)該條件滿足時(shí)（如I/O操作完成），操作系統(tǒng)會(huì)喚醒該進(jìn)程，使其從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)。此時(shí)，調(diào)度器會(huì)根據(jù)某種調(diào)度算法選擇該進(jìn)程作為下一個(gè)運(yùn)行的進(jìn)程?？偨Y(jié)詞詳細(xì)描述進(jìn)程的阻塞與喚醒02CHAPTER處理機(jī)調(diào)度調(diào)度在一定時(shí)間內(nèi)，按照一定的順序和規(guī)則，從就緒隊(duì)列中選取進(jìn)程分配處理機(jī)。調(diào)度的基本目標(biāo)提高處理機(jī)的利用率，盡可能地減少等待時(shí)間，并保證系統(tǒng)的公平性。調(diào)度的分類高級(jí)調(diào)度、中級(jí)調(diào)度和低級(jí)調(diào)度。調(diào)度的基本概念030201先來(lái)先服務(wù)（FCFS）按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序進(jìn)行調(diào)度。最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）根據(jù)進(jìn)程的估計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)度，運(yùn)行時(shí)間短的進(jìn)程優(yōu)先。優(yōu)先級(jí)調(diào)度根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度將就緒隊(duì)列劃分為多個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別的隊(duì)列采用不同的調(diào)度算法。調(diào)度算法硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)必須在確定的時(shí)間內(nèi)完成某些任務(wù)，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)允許一定的延遲，但延遲時(shí)間要盡可能短。實(shí)時(shí)任務(wù)的分類周期性任務(wù)、非周期性任務(wù)、間隔性任務(wù)和事件驅(qū)動(dòng)任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)的調(diào)度必須考慮任務(wù)的截止時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間、優(yōu)先級(jí)等因素。實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)度多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度是一種綜合性的調(diào)度算法，它將系統(tǒng)劃分為多個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別的隊(duì)列采用不同的調(diào)度算法。當(dāng)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空時(shí)，低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的進(jìn)程可以升級(jí)到高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列采用短作業(yè)優(yōu)先算法，低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列采用先來(lái)先服務(wù)算法。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度可以有效地平衡系統(tǒng)負(fù)載，提高處理機(jī)的利用率。03CHAPTER進(jìn)程同步與互斥臨界區(qū)臨界區(qū)是一段互斥執(zhí)行的代碼，同一時(shí)間只能有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行。互斥互斥是進(jìn)程間的一種關(guān)系，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在臨界區(qū)執(zhí)行時(shí)，其他進(jìn)程必須等待，確保資源不被多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)。實(shí)現(xiàn)互斥的方法硬件支持、軟件實(shí)現(xiàn)、中斷屏蔽等。臨界區(qū)與互斥信號(hào)量是一個(gè)整數(shù)值，用于表示資源的可用數(shù)量。信號(hào)量P操作表示進(jìn)程請(qǐng)求資源，V操作表示進(jìn)程釋放資源。P操作和V操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥，避免死鎖和饑餓現(xiàn)象。信號(hào)量機(jī)制的作用信號(hào)量機(jī)制生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題生產(chǎn)者產(chǎn)生數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，消費(fèi)者從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)。如何確保緩沖區(qū)不會(huì)滿也不會(huì)空？讀者寫(xiě)者問(wèn)題多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)讀取共享數(shù)據(jù)，但只能有一個(gè)進(jìn)程寫(xiě)入數(shù)據(jù)。如何確保讀和寫(xiě)的安全性？哲學(xué)家就餐問(wèn)題五個(gè)哲學(xué)家圍坐在圓桌旁，思考和吃飯。如何避免死鎖和饑餓現(xiàn)象？經(jīng)典的進(jìn)程同步問(wèn)題管程是一種軟件構(gòu)造，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥。它提供了一種抽象機(jī)制，使得進(jìn)程可以方便地使用共享資源。消息傳遞是一種進(jìn)程間通信方式，通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥。它具有較好的靈活性和可靠性。管程與消息傳遞消息傳遞管程04CHAPTER死鎖與饑餓死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，因競(jìng)爭(zhēng)資源或相互等待對(duì)方釋放資源而造成的一種相互等待的現(xiàn)象，若無(wú)外力作用，這些進(jìn)程都將無(wú)法向前推進(jìn)。死鎖的概念1）互斥條件：一個(gè)資源每次只能被一個(gè)進(jìn)程使用。2）請(qǐng)求與保持條件：一個(gè)進(jìn)程因請(qǐng)求資源而阻塞時(shí)，對(duì)已獲得的資源保持不放。3）不剝奪條件：已經(jīng)分配的資源，在未使用完之前不能強(qiáng)行剝奪。4）環(huán)路等待條件：系統(tǒng)中若干個(gè)進(jìn)程形成一種頭尾相接的環(huán)路，每個(gè)進(jìn)程都在等待下一個(gè)進(jìn)程所占有的資源。死鎖的條件死鎖的概念與條件死鎖預(yù)防1）破壞互斥條件：允許部分資源被多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用。2）破壞請(qǐng)求與保持條件：規(guī)定在請(qǐng)求資源時(shí)，必須釋放已占有的資源。3）破壞不剝奪條件：允許系統(tǒng)強(qiáng)行剝奪已分配給某個(gè)進(jìn)程的資源。4）破壞環(huán)路等待條件：對(duì)所有資源進(jìn)行排序，并按照順序分配資源。死鎖避免使用銀行家算法、避免死鎖的算法等來(lái)避免死鎖的發(fā)生。死鎖的預(yù)防與避免死鎖的檢測(cè)與恢復(fù)死鎖檢測(cè)通過(guò)系統(tǒng)中的檢測(cè)機(jī)制來(lái)發(fā)現(xiàn)是否存在死鎖。死鎖恢復(fù)一旦檢測(cè)到死鎖，系統(tǒng)需要采取措施來(lái)恢復(fù)，如重新啟動(dòng)系統(tǒng)、回滾到某個(gè)一致?tīng)顟B(tài)等。饑餓及其解決方法饑餓是指當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以至于它永遠(yuǎn)無(wú)法獲得所需的資源。饑餓的概念1）優(yōu)先級(jí)調(diào)度：為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先獲得資源。2）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)：將所有進(jìn)程分配一個(gè)時(shí)間片，當(dāng)時(shí)間片用完后，該進(jìn)程需要等待下一個(gè)時(shí)間片才能繼續(xù)執(zhí)行。3）多隊(duì)列調(diào)度：將進(jìn)程分為不同的隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列有不同的調(diào)度策略，從而避免饑餓現(xiàn)象的發(fā)生。饑餓解決方法05CHAPTER進(jìn)程通信優(yōu)點(diǎn)通信速度快，因?yàn)閿?shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在內(nèi)存中，無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)制和傳輸。缺點(diǎn)需要解決并發(fā)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題，需要使用同步機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信優(yōu)點(diǎn)解耦了通信的進(jìn)程，通信的進(jìn)程可以獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需共享內(nèi)存區(qū)域。缺點(diǎn)通信速度