操作系統(tǒng)ch2進(jìn)程描述與控制課件

操作系統(tǒng)ch2進(jìn)程描述與控制課件目錄CONTENTS進(jìn)程的基本概念進(jìn)程的創(chuàng)建與終止進(jìn)程的同步與通信進(jìn)程的互斥與同步實(shí)例進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)與調(diào)度進(jìn)程的安全與保護(hù)01進(jìn)程的基本概念CHAPTER進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，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、獨(dú)立性和制約性，是程序在執(zhí)行過(guò)程中所擁有的動(dòng)態(tài)資源集合。進(jìn)程是程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程的定義進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程已獲得所需資源，等待CPU調(diào)度執(zhí)行。進(jìn)程占用CPU，正在執(zhí)行指令。進(jìn)程等待某個(gè)條件成立或某個(gè)資源可用時(shí)，暫時(shí)停止執(zhí)行。進(jìn)程執(zhí)行完畢或異常結(jié)束。就緒狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)進(jìn)程的描述進(jìn)程控制塊PCB內(nèi)存指針記錄進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)和相關(guān)信息。指向進(jìn)程在內(nèi)存中的代碼和數(shù)據(jù)區(qū)。進(jìn)程標(biāo)識(shí)符程序計(jì)數(shù)器文件描述符表唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程的編號(hào)。記錄下一條要執(zhí)行的指令地址。記錄進(jìn)程打開(kāi)的文件信息。02進(jìn)程的創(chuàng)建與終止CHAPTER

進(jìn)程的創(chuàng)建進(jìn)程的創(chuàng)建是操作系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，它涉及到為程序分配必要的資源，并為其創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境。在進(jìn)程創(chuàng)建過(guò)程中，操作系統(tǒng)會(huì)為其分配內(nèi)存空間、文件、設(shè)備等資源，并初始化進(jìn)程控制塊（PCB），以記錄進(jìn)程的狀態(tài)信息。進(jìn)程的創(chuàng)建可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或用戶程序直接發(fā)起，例如在Unix/Linux系統(tǒng)中，可以使用fork()或exec()系列函數(shù)來(lái)創(chuàng)建新進(jìn)程。進(jìn)程終止時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)回收其占用的資源，包括內(nèi)存空間、文件、設(shè)備等，并將該進(jìn)程從系統(tǒng)中刪除。進(jìn)程的終止可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用或異常處理等方式發(fā)起，例如在Unix/Linux系統(tǒng)中，可以使用exit()函數(shù)來(lái)結(jié)束當(dāng)前進(jìn)程。當(dāng)進(jìn)程完成其任務(wù)或因某種原因需要結(jié)束時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)接收到一個(gè)信號(hào)，并執(zhí)行相應(yīng)的終止處理程序。進(jìn)程的終止當(dāng)一個(gè)進(jìn)程無(wú)法完成其終止操作時(shí)，它會(huì)進(jìn)入僵死狀態(tài)。在僵死狀態(tài)下，進(jìn)程會(huì)占用系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)的性能和效率，因此操作系統(tǒng)需要采取措施來(lái)解決僵死狀態(tài)問(wèn)題。進(jìn)程進(jìn)入僵死狀態(tài)的原因可能是由于某些資源無(wú)法釋放或等待其他進(jìn)程釋放資源，導(dǎo)致無(wú)法正常終止。以上內(nèi)容僅供參考，具體內(nèi)容可以根據(jù)您的需求進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。進(jìn)程的僵死狀態(tài)03進(jìn)程的同步與通信CHAPTER進(jìn)程同步的概念01進(jìn)程同步是操作系統(tǒng)中用于協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程執(zhí)行順序的一種機(jī)制。通過(guò)進(jìn)程同步，可以確保多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生沖突或死鎖，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。進(jìn)程同步的原理02進(jìn)程同步主要通過(guò)信號(hào)量、互斥量、條件變量等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。這些機(jī)制可以控制進(jìn)程的執(zhí)行順序，使得多個(gè)進(jìn)程能夠按照一定的規(guī)則協(xié)同工作。進(jìn)程同步的實(shí)現(xiàn)方式03進(jìn)程同步的實(shí)現(xiàn)方式包括使用信號(hào)量、使用條件變量、使用互斥量等。這些方式各有特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景。進(jìn)程同步進(jìn)程通信是指在不同進(jìn)程之間傳遞信息的一種機(jī)制。通過(guò)進(jìn)程通信，不同進(jìn)程可以交換數(shù)據(jù)、共享信息，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能和更高的效率。進(jìn)程通信的概念進(jìn)程通信主要通過(guò)共享內(nèi)存、消息傳遞等方式實(shí)現(xiàn)。共享內(nèi)存方式允許多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)同一塊內(nèi)存空間，而消息傳遞方式則通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)傳遞信息。進(jìn)程通信的原理進(jìn)程通信的實(shí)現(xiàn)方式包括使用管道、使用消息隊(duì)列、使用共享內(nèi)存等。這些方式各有特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景。進(jìn)程通信的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)程通信信號(hào)量的概念信號(hào)量是一種用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和控制的機(jī)制。它是一個(gè)整數(shù)值，通常用來(lái)表示系統(tǒng)中某種資源的數(shù)量或狀態(tài)。信號(hào)量的原理信號(hào)量的原理是通過(guò)計(jì)數(shù)和等待隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要獲取某個(gè)資源時(shí)，會(huì)先檢查該資源的信號(hào)量是否大于0。如果大于0，則該進(jìn)程可以獲取該資源并執(zhí)行；如果等于0，則該進(jìn)程會(huì)被放入等待隊(duì)列中，等待其他進(jìn)程釋放資源。信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)方式信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)方式包括使用內(nèi)核提供的信號(hào)量操作函數(shù)和用戶態(tài)的信號(hào)量庫(kù)函數(shù)。這些函數(shù)可以用來(lái)創(chuàng)建、銷毀、獲取和設(shè)置信號(hào)量值等操作。信號(hào)量機(jī)制04進(jìn)程的互斥與同步實(shí)例CHAPTER生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題是一個(gè)經(jīng)典的并發(fā)問(wèn)題，涉及到進(jìn)程的互斥和同步?？偨Y(jié)詞生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題描述了生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)固定大小的緩沖區(qū)，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)。為了防止數(shù)據(jù)混亂和死鎖，需要確保生產(chǎn)者和消費(fèi)者在訪問(wèn)緩沖區(qū)時(shí)互斥，同時(shí)還需要保證當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)消費(fèi)者被阻塞，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)生產(chǎn)者被阻塞。詳細(xì)描述生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題總結(jié)詞讀者-寫者問(wèn)題是進(jìn)程互斥與同步的另一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題。詳細(xì)描述讀者-寫者問(wèn)題涉及到多個(gè)讀者和寫者進(jìn)程共享一個(gè)共享資源。讀者進(jìn)程可以同時(shí)讀取共享資源，而寫者進(jìn)程在修改共享資源時(shí)需要獨(dú)占式的訪問(wèn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要確保當(dāng)有寫者在修改資源時(shí)，其他讀寫進(jìn)程都被阻塞，同時(shí)允許多個(gè)讀者進(jìn)程同時(shí)讀取資源。讀者-寫者問(wèn)題總結(jié)詞哲學(xué)家就餐問(wèn)題是并發(fā)控制中經(jīng)典的死鎖問(wèn)題。要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述哲學(xué)家就餐問(wèn)題描述了五個(gè)哲學(xué)家圍坐在圓桌旁，思考和進(jìn)食。每個(gè)哲學(xué)家之間有一把叉子，哲學(xué)家必須拿起左右兩邊的叉子才能進(jìn)食。如果叉子都被其他哲學(xué)家占用，則該哲學(xué)家必須等待。問(wèn)題是，是否存在一種就餐順序，使得所有哲學(xué)家最終都可以成功就餐，或者出現(xiàn)死鎖。解決這個(gè)問(wèn)題的方法包括強(qiáng)制實(shí)施就餐規(guī)則或使用鎖機(jī)制來(lái)避免死鎖。哲學(xué)家就餐問(wèn)題05進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)與調(diào)度CHAPTER根據(jù)進(jìn)程的特性或系統(tǒng)策略預(yù)先分配優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)不隨時(shí)間改變。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法根據(jù)進(jìn)程的行為和系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)先級(jí)，以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載變化。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法進(jìn)程優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法按照作業(yè)的估計(jì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排序，選擇運(yùn)行時(shí)間最短的作業(yè)優(yōu)先執(zhí)行。定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)能夠減少平均等待時(shí)間和平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高系統(tǒng)效率。需要準(zhǔn)確估計(jì)作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間與估計(jì)時(shí)間有偏差時(shí)，可能導(dǎo)致不公平性。030201短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法按照作業(yè)到達(dá)時(shí)間的先后順序進(jìn)行排序，每次選擇隊(duì)列首位的作業(yè)執(zhí)行。定義簡(jiǎn)單易行，適用于作業(yè)數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定的情況。優(yōu)點(diǎn)等待時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于長(zhǎng)作業(yè)可能存在不公平的現(xiàn)象。缺點(diǎn)輪轉(zhuǎn)法（RR）調(diào)度算法06進(jìn)程的安全與保護(hù)CHAPTER當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)共享資源時(shí)，可能出現(xiàn)資源爭(zhēng)用和沖突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或系統(tǒng)崩潰。進(jìn)程間資源競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)程間通信時(shí)可能存在數(shù)據(jù)泄露、數(shù)據(jù)損壞或通信阻塞等問(wèn)題，影響系統(tǒng)安全。進(jìn)程間通信問(wèn)題由于系統(tǒng)故障、程序錯(cuò)誤等原因，進(jìn)程可能意外終止，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)不穩(wěn)定。進(jìn)程異常終止進(jìn)程的安全性問(wèn)題文件保護(hù)對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行權(quán)限管理，限制不同進(jìn)程對(duì)文件的讀寫操作，保證文件數(shù)據(jù)的安全。內(nèi)存保護(hù)通過(guò)內(nèi)存管理技術(shù)，為每個(gè)進(jìn)程分配獨(dú)立的內(nèi)存空間，防止進(jìn)程間相互干擾和破壞。信號(hào)機(jī)制通過(guò)信號(hào)機(jī)制，對(duì)進(jìn)程進(jìn)行異常處理和通信控制，保證進(jìn)程的穩(wěn)定運(yùn)行。進(jìn)程的保護(hù)機(jī)制當(dāng)