操作系統(tǒng)教案課程

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》教案備課教師：晁妍職稱：助教教學(xué)班級(jí)計(jì)科專業(yè)09級(jí)本科2班時(shí)間：2011年9月已教輪數(shù)：1計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院2011-2012學(xué)年度第一學(xué)期

課程教學(xué)目的及教學(xué)要求：本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和主干課。本課程的學(xué)習(xí)目的在于使學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，具有初步分析實(shí)際操作系統(tǒng)的能力，為其今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)時(shí)數(shù)與學(xué)時(shí)分配：共51學(xué)時(shí)，周學(xué)時(shí)：17,(分單雙周，每次2個(gè)學(xué)時(shí))章次標(biāo)題教學(xué)手段學(xué)時(shí)數(shù)第一章操作系統(tǒng)引論4第二章進(jìn)程管理12第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖4第四章存儲(chǔ)管理10第五章設(shè)備管理6第六章文件系統(tǒng)8第七章操作系統(tǒng)接口4第八章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1第九章系統(tǒng)安全性1第十章UNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)1教材：《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》（第三版）湯小丹等推薦參考書：[1]《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》（第二版）湯子瀛等西安電子科技大學(xué)出版社[2]《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》張堯?qū)W史美林清華大學(xué)出版社[3]《UNIX教程》（第2版）（美）SyedMansoorSarwarRobertKoretsky張玉潔孟祥武譯機(jī)械工業(yè)出版社[4]《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng).學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解》梁紅兵、湯小丹西安電子科技大學(xué)出版社[5]《操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)—基于linux內(nèi)核》徐虹編清華大學(xué)出版社第1、2講（周次：第2周）(注：線右側(cè)寫教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)演示、新增補(bǔ)內(nèi)容、重要標(biāo)注、時(shí)間分配等)教學(xué)章節(jié)：1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用（簡略）1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程（每種OS的不足與各自特點(diǎn)）教學(xué)目的及要求：目的：是使學(xué)生建立起OS的基本概念。要求：了解OS的引入和發(fā)展；理解多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)；重點(diǎn)、難點(diǎn)：(注：重點(diǎn)和難點(diǎn)如果一致，則寫在一起，若不同則應(yīng)分開寫)：OS引入和發(fā)展、OS的基本特征和功能。教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。(注：內(nèi)容每節(jié)課1-2頁為宜)復(fù)習(xí)引入：首先說明對課程的成績?nèi)绾卧u(píng)定，提出學(xué)習(xí)要求，以及教材的使用并推薦參考教材。然后介紹本課程的特點(diǎn)、性質(zhì)和目的，以及如何學(xué)習(xí)，最后對本課程內(nèi)容以及課時(shí)分配做簡單的介紹。新課講授：操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位：（結(jié)合課件中圖加以說明，由此引出目標(biāo)和作用）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成；操作系統(tǒng)在硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件；是其他軟件和硬件之間的接口。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)著特別重要的地位，是計(jì)算機(jī)中最重要的系統(tǒng)軟件，是其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)方便性(用戶的觀點(diǎn))：提供良好的、一致的用戶接口。無需了解許多有關(guān)硬件和系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)。有效性(系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn))：合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，管理和分配硬件、軟件資源，提高資源的利用率；提高系統(tǒng)的吞吐量?？蓴U(kuò)充性(開放的觀點(diǎn))：操作系統(tǒng)必須能方便地開發(fā)、測試和引進(jìn)新的系統(tǒng)功能，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展以及應(yīng)用不斷擴(kuò)大的要求。給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能的擴(kuò)展提供開放式的支撐平臺(tái)。開放性：可移植性和互操作性其中有效性和方便性是設(shè)計(jì)OS時(shí)最重要的兩個(gè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)現(xiàn)代OS的主要目標(biāo)也是對提高資源利用率和方便用戶。1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.從一般用戶的觀點(diǎn)來看，OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口（橋梁）用戶并不直接與計(jì)算機(jī)硬件打交道，而是通過操作系統(tǒng)提供的命令、系統(tǒng)功能調(diào)用以及圖形化接口來使用計(jì)算機(jī)。2.從資源管理的觀點(diǎn)來看，OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（管家）處理機(jī)的分配和控制，內(nèi)存的分配和回收，I/O設(shè)備的分配和處理，文件的存取、共享和保護(hù)工作都是由操作系統(tǒng)完成的。主要功能有：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理3.從虛擬機(jī)的觀點(diǎn)來看，OS用作擴(kuò)充機(jī)器（實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象）（虛擬機(jī)或擴(kuò)充機(jī)）硬件處在最底層，不附加任何軟件的物理計(jì)算機(jī)?“裸機(jī)”.操作系統(tǒng)是附加在裸機(jī)上的第一層，是對裸機(jī)的首次擴(kuò)充，構(gòu)成了一個(gè)比裸機(jī)更強(qiáng)，使用更方便的“虛擬計(jì)算機(jī)”。所有系統(tǒng)軟件以及更上層的用戶應(yīng)用軟件在操作系統(tǒng)虛擬機(jī)上運(yùn)行，它們受操作系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制，通過操作系統(tǒng)使用各種資源來完成特定的任務(wù)。引出OS的定義（以提問的方式）操作系統(tǒng)的定義：是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序的集合。1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展主要?jiǎng)恿Γㄉ院笱a(bǔ)充）1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程（介紹OS的引入與發(fā)展，以及推動(dòng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?.2.11.人工操作方式1946-50年代中：電子管時(shí)代（第一代計(jì)算機(jī)），計(jì)算機(jī)速度慢，無操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)資源昂貴；工作方式：用戶：既是程序員又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員；編程語言：機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī)，資源利用率極低；CPU等待用戶，計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；主要矛盾：人機(jī)矛盾人工操作嚴(yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源的利用率提高效率的途徑：脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式:脫機(jī)輸入方式是指在一臺(tái)外圍機(jī)（它是一臺(tái)專門用來管理I/O的、功能較簡單的計(jì)算機(jī)）的控制下，預(yù)先將程序和數(shù)據(jù)從低速輸入設(shè)備到磁帶，當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再從磁帶高速地讀入內(nèi)存。類似地，脫機(jī)輸出方式是指當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，先高速地將數(shù)據(jù)寫入磁帶，然后在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，通過低速輸出設(shè)備進(jìn)行輸出。相反，在主機(jī)的直接控制下進(jìn)行的I/O方式被稱為聯(lián)機(jī)I/O方式。脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)：減少了CPU的空閑時(shí)間、提高I/O速度（緩和了人機(jī)矛盾）1.2.2單道批處理系統(tǒng)1．單道批處理系統(tǒng)處理過程晶體管時(shí)代（第二代計(jì)算機(jī)）批處理技術(shù)是在系統(tǒng)中配置一個(gè)監(jiān)督程序，并在該監(jiān)督程序的控制下，能夠?qū)σ慌鳂I(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶或磁盤上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序(Monitor)，在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)處理。2.單道批處理系統(tǒng)的特征：自動(dòng)性：無需人工干預(yù)。順序性：作業(yè)完成的順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序以及作業(yè)在磁帶上的順序一致。

單道性：內(nèi)存中僅能存放一道作業(yè)。不足：無法充分利用系統(tǒng)中的所有的資源1.2.3多道批處理系統(tǒng)1．多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是指在內(nèi)存中同時(shí)存放若干個(gè)作業(yè)，使它們共享系統(tǒng)資源并同時(shí)運(yùn)行的技術(shù)。在單處理機(jī)環(huán)境下，這些作業(yè)僅在宏觀上同時(shí)運(yùn)行，而在微觀上交替執(zhí)行。2．多道批處理系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的批處理系統(tǒng)被稱作多道批處理系統(tǒng)。多道批處理系統(tǒng)中必須配置一組軟件（調(diào)度程序），來解決多道程序?qū)ο到y(tǒng)資源的共享和爭用問題，并對作業(yè)進(jìn)行合理的組織和調(diào)度。外存（后備隊(duì)列）——>作業(yè)調(diào)度——>內(nèi)存（共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源）就形成了現(xiàn)代意義上的OS3．具有的主要特征：（與單道批處理的特征對比）多道性：內(nèi)存中可同時(shí)存放多個(gè)作業(yè)調(diào)度性：（作業(yè)調(diào)度、進(jìn)程調(diào)度）需通過作業(yè)調(diào)度從外存中選取若干個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，還需通過進(jìn)程調(diào)度在內(nèi)存的多個(gè)作業(yè)中分配CPU。無序性：作業(yè)調(diào)度的次序與作業(yè)在外存中次序無關(guān)，作業(yè)完成的次序與作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存的次序也無關(guān)。4．多道批處理系統(tǒng)需解決的問題（1）多道程序?qū)S的基本要求存儲(chǔ)管理--系統(tǒng)必須為若干作業(yè)分派空間CPU調(diào)度--系統(tǒng)必須在就緒作業(yè)中選擇準(zhǔn)備運(yùn)行.設(shè)備分配—既方便用戶使用，又能提高設(shè)備利用率.（2）多道批處理系統(tǒng)需解決的問題：處理機(jī)管理問題、內(nèi)存管理問題、設(shè)備管理問題、文件管理問題、作業(yè)管理問題5．優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高——CPU和內(nèi)存利用率較高；系統(tǒng)吞吐量大——（單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量）缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長——（從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時(shí)間），短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長無交互能力——整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改；1.2.41．分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生引入：為了解決批處理系統(tǒng)無法進(jìn)行人機(jī)交互的問題，并使多個(gè)用戶（包括遠(yuǎn)程用戶）能同時(shí)使用昂貴的主機(jī)資源，又引入了分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)系統(tǒng)：是指在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。2．分時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想（1）采用了分時(shí)技術(shù)：既把處理機(jī)的時(shí)間劃分成很短的時(shí)間片（eg,幾百毫秒），輪流地分配給各個(gè)終端作業(yè)使用。（若在分配給它的時(shí)間片內(nèi)，作業(yè)仍沒執(zhí)行完，它也必須將CPU交給下一個(gè)作業(yè)使用，并等下一輪得到CPU時(shí)再繼續(xù)執(zhí)行）（2）設(shè)計(jì)目標(biāo)：系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)用戶的終端命令（3）實(shí)現(xiàn)中的最關(guān)鍵問題：使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互。（及時(shí)接收、及時(shí)處理）響應(yīng)時(shí)間RT(responsetime):從鍵盤命令進(jìn)入(按下回車鍵為準(zhǔn))到開始在終端上顯示應(yīng)答的時(shí)間間隔.。在分時(shí)系統(tǒng)中,響應(yīng)時(shí)間≈時(shí)間片×用戶數(shù).改變批處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式：作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請求4.分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性：多個(gè)用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī),共享CPU和其他資源，充分利用系統(tǒng)資源。宏觀上：是多個(gè)人同時(shí)使用一個(gè)CPU微觀上：多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用CPU獨(dú)立性：用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為其他人服務(wù)，各用戶獨(dú)立操作，互不干擾。及時(shí)性：通過時(shí)間片技術(shù)和輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法保證及時(shí)響應(yīng)。（指用戶能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得系統(tǒng)的響應(yīng)，是以人們所能接受的等待時(shí)間決定的，一般為2~3秒）交互性：能進(jìn)行廣泛的人機(jī)交分時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，或者說它追求的主要目標(biāo)是系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)用戶的終端命令。1.2.5引入：由于前幾種操作系統(tǒng)都不能很好的滿足在實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理領(lǐng)域的需要1．實(shí)時(shí)系統(tǒng)及其類型（1）實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。（2）可分成兩大類：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：通常使指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和武器控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，進(jìn)而自動(dòng)地控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如工業(yè)自動(dòng)控制、火炮自動(dòng)控制、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)：通常使指對信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)要求及時(shí)接受從終端（包括遠(yuǎn)程終端）發(fā)來的服務(wù)請求，按請求的內(nèi)容對信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短的時(shí)間內(nèi)為用戶做出正確的回答。如飛機(jī)訂票、情報(bào)檢索等。2.實(shí)時(shí)任務(wù)的類型（1）按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分周期性實(shí)時(shí)任務(wù)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)——截止時(shí)間開始截止時(shí)間：某任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行完成截止時(shí)間：某任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成（2）根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分（與截止時(shí)間聯(lián)系的是否嚴(yán)格）硬實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(shí)時(shí)任務(wù)3．三種基本操作系統(tǒng)的比較：多路性獨(dú)立性及時(shí)性交互性可靠性批處理系統(tǒng)無無差差一般分時(shí)系統(tǒng)多終端服務(wù)有好好可靠實(shí)時(shí)系統(tǒng)多路采集、多路控制有最好一般高度可靠補(bǔ)充：推動(dòng)批處理系統(tǒng)的形成與發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ禾岣呦到y(tǒng)資源利用率；推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成與發(fā)展的動(dòng)力室方便是用戶；推動(dòng)OS發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ河?jì)算機(jī)硬件的不斷更新?lián)Q代1.2.6微機(jī)OS的發(fā)展1．單用戶單任務(wù)OS：只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行eg.CP/M、MS-DOS2．單用戶多任務(wù)OS：允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行eg.MS-Windows3．多用戶多任務(wù)OS：允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用一臺(tái)機(jī)器。eg.UNIX、LINUX教課小結(jié)：1、了解操作系統(tǒng)的目標(biāo)，理解操作系統(tǒng)的作用，了解推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?、了解無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和單道批處理系統(tǒng)。理解多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征和優(yōu)缺點(diǎn)。預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：1、作業(yè)：2、補(bǔ)充習(xí)題：(若沒有可以刪去)推薦參考書目、網(wǎng)站及閱讀材料：(若沒有可以刪去)實(shí)驗(yàn)一：LINUX入門

第3講（第3周）(注：線右側(cè)寫教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)演示、新增補(bǔ)內(nèi)容、重要標(biāo)注、時(shí)間分配等)教學(xué)章節(jié)：1.3操作系統(tǒng)的特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)目的及要求：1．掌握操作系統(tǒng)的功能和特征。2．了解分層式結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：(注：重點(diǎn)和難點(diǎn)如果一致，則寫在一起，若不同則應(yīng)分開寫)OS的基本特征和功能。教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。(注：內(nèi)容每節(jié)課1-2頁為宜)復(fù)習(xí)引入：上節(jié)課學(xué)習(xí)了OS的引論，介紹了OS的發(fā)展過程，其中主要功能小節(jié)也是對本書的簡要的概括，需要同學(xué)們掌握。OS是系統(tǒng)軟件，對于這種大型的軟件，在開發(fā)的過程中，其軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是怎么樣的發(fā)展過程，下面就來學(xué)習(xí)：新課講授：1.3操作系統(tǒng)的特征采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有如下四個(gè)基本特征：并發(fā)、共享、虛擬、異步。其中并發(fā)和共享是OS的兩個(gè)最基本的特征。1．并發(fā)并行性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生并發(fā)性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生在多道程序系統(tǒng)（單處理器）中，宏觀上并行，微觀上串行（交替執(zhí)行）程序（靜態(tài)實(shí)體）不能并發(fā)執(zhí)行，為使多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，引入進(jìn)程。進(jìn)程——在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，（是活動(dòng)實(shí)體）。現(xiàn)代OS中還引入一個(gè)比進(jìn)程更小的單位——線程，此時(shí)，一個(gè)進(jìn)程中可包含若干個(gè)線程，資源分配的基本單位雖仍然是進(jìn)程，但獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立調(diào)度和分配處理機(jī)的基本單位卻是線程。2．共享在操作系統(tǒng)環(huán)境下，所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用共享方式：互斥共享方式：資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用，如打印機(jī)、變量、隊(duì)列等。臨界資源(獨(dú)占資源)：一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源同時(shí)訪問方式：在同一段時(shí)間內(nèi)可以被多個(gè)作業(yè)同時(shí)訪問。如可重入代碼，磁盤文件。宏觀并行微觀串行。并發(fā)和共享是OS的兩個(gè)最基本的特征，又互為存在的條件。３．虛擬（是以并發(fā)和資源共享為前提）虛擬——通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)：虛擬處理機(jī)、虛擬設(shè)備技術(shù)（分時(shí)使用方式）空分復(fù)用技術(shù)：虛擬內(nèi)存、虛擬磁盤技術(shù)４．異步性（是并發(fā)與共享的必然結(jié)果）指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間的不確定性；指進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。進(jìn)程的運(yùn)行速度不可預(yù)知：多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，“時(shí)走時(shí)?！保豢深A(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢；無論快慢，結(jié)果應(yīng)該相同。通過進(jìn)程互斥和同步手段來保證；1.4操作系統(tǒng)的主要功能包括：處理機(jī)管理功能、存儲(chǔ)器管理功能、設(shè)備管理功能、文件管理功能、用戶接口1.4.1主要是對處理機(jī)的分配和運(yùn)行進(jìn)行管理。（創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程(線程)，對諸進(jìn)程(線程)的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程(線程)之間的信息交換，以及按照一定的算法把處理機(jī)分配給進(jìn)程(線程)。）主要功能包括：進(jìn)程控制：為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤銷已結(jié)束的進(jìn)程，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程同步：為多個(gè)進(jìn)程(含線程)的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)（協(xié)調(diào)方式：互斥和同步）進(jìn)程通信：用來實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換；調(diào)度：作業(yè)和進(jìn)程的狀態(tài)切換，包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度1.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存存儲(chǔ)器管理功能有：內(nèi)存分配：為每道程序分配內(nèi)存空間，提高存儲(chǔ)器的利用率，允許正在運(yùn)行的程序申請附加的內(nèi)存空間；存儲(chǔ)保護(hù)：確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行，彼此互不干擾；地址映射(變換)：進(jìn)程的邏輯地址到內(nèi)存物理地址的映射。內(nèi)存擴(kuò)充：用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)解決內(nèi)存容量不足的問題；請求調(diào)入功能頁面置換功能1.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理的主要任務(wù):完成用戶進(jìn)程提出的I/O請求，為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備，提高CPU和I/O設(shè)備的利用率，提高I/O速度，方便用戶使用I/O設(shè)備。設(shè)備管理的功能有：緩沖管理：匹配CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率和并行操作程度；設(shè)備分配：根據(jù)用戶進(jìn)程的I/O請求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備;設(shè)備處理：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用于實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備：1.4.4文件系統(tǒng)管理的主要任務(wù)：對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。文件管理的功能有：文件存儲(chǔ)空間的管理：為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度;——解決如何存放信息的問題目錄管理:為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并對眾多的目錄項(xiàng)加以有效組織，實(shí)現(xiàn)方便的按名存取，能實(shí)現(xiàn)文件共享，提供快速的目錄查詢手段。(通過目錄方式來組織文件，以實(shí)現(xiàn)文件的按名存取)——解決信息檢索問題文件的讀/寫管理和保護(hù)：實(shí)現(xiàn)文件的讀寫操作，并提供有效的存取控制功能，保護(hù)文件的安全性?！鉀Q信息安全問題。1.4.5OS與用戶之間的接口1.用戶接口（提供給用戶使用）（1）命令接口：用戶可通過該接口向作業(yè)發(fā)出命令以控制作業(yè)的運(yùn)行。聯(lián)機(jī)用戶接口：由一組鍵盤操作命令和命令解釋程序組成脫機(jī)用戶接口：由一組作業(yè)控制語言JCL組成（2）圖形接口：2.程序接口（提供給程序員在編程時(shí)使用）為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置，由一組系統(tǒng)調(diào)用組成。1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：整體式（無）結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)、層次式結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)1、整體式OS結(jié)構(gòu)整體式系統(tǒng)是早期操作系統(tǒng)和一些較小的操作系統(tǒng)所采用的一種結(jié)構(gòu)模型。整個(gè)系統(tǒng)是一堆過程的集合，每個(gè)過程都可以隨便調(diào)用任意其它過程。采用這種結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)不僅調(diào)試和維護(hù)不方便，而且其可讀性和可擴(kuò)充性都較差。2、模塊化OS結(jié)構(gòu)（關(guān)鍵問題：模塊的劃分和規(guī)定好模塊之間的接口）模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，是基于“分解”和“模塊化”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。將OS按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)立性和大小的模塊。并規(guī)定好各模塊間的接口，各模塊之間能通過該接口實(shí)現(xiàn)交互。衡量模塊獨(dú)立性的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)聚性和耦合度。模塊化OS結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：提高設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性增強(qiáng)可適應(yīng)性；加速開發(fā)過程缺點(diǎn)：模塊的劃分和接口的規(guī)定較困難模塊間還存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，是os結(jié)構(gòu)變得不夠清晰。（在模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各模塊的設(shè)計(jì)齊頭并進(jìn)，無法尋找到一個(gè)可靠的決定順序，造成各種決定的“無序性”）3、層次式結(jié)構(gòu)為了將模塊化中的“決定順序”無序性變?yōu)橛行蛐?，引入了有序分層法，常采用自底向上法來鋪設(shè)這些中間層。層次式結(jié)構(gòu)是對模塊化結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。將一個(gè)操作系統(tǒng)分為若干個(gè)層次，每層又由若干個(gè)模塊組成，各層之間只存在著單向的依賴關(guān)系，即高層僅依賴于緊鄰它的底層。層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):正確性有保證、便于系統(tǒng)維護(hù)、擴(kuò)充層次結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn):模塊間需要通信機(jī)制、系統(tǒng)開銷大、效率低在OS結(jié)構(gòu)中，分層式結(jié)構(gòu)是最為成熟的一種OS結(jié)構(gòu)，而20世紀(jì)90年代興起的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是最具有發(fā)展前途的OS結(jié)構(gòu)。補(bǔ)充：分層式結(jié)構(gòu)與模塊式結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于：分層結(jié)構(gòu)中各模塊之間有序的。分層式結(jié)構(gòu)將各個(gè)功能模塊按它們的功能流圖的調(diào)用次序安排成若干層，各層之間的模塊不能像模塊式結(jié)構(gòu)那樣通過接口毫無規(guī)則地相互依賴、相互調(diào)用，而只能是單向調(diào)用，即每層中的模塊只能使用較低層模塊提供的功能和服務(wù)。因此在分層結(jié)構(gòu)中，模塊間的組織結(jié)構(gòu)和依賴關(guān)系更加清晰，這不僅增加系統(tǒng)的可讀性，同時(shí)還使每一層建立在可靠的基礎(chǔ)上，從而提高系統(tǒng)的可靠性。4、微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是指將C/S技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)用于基于微內(nèi)核技術(shù)的OS中所形成的結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核的主要思想是：在操作系統(tǒng)內(nèi)核中只留下一些最基本的功能，而將其他服務(wù)盡可能地從內(nèi)核中分離出去。內(nèi)核的基本組成：中斷處理、進(jìn)程調(diào)度、同步機(jī)制用若干個(gè)運(yùn)行在用戶態(tài)下的進(jìn)程（即服務(wù)器進(jìn)程）來實(shí)現(xiàn)，形成所謂的“客戶/服務(wù)器”模式。普通用戶進(jìn)程（即客戶進(jìn)程）可通過內(nèi)核向服務(wù)器進(jìn)程發(fā)送請求，以取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。C/S技術(shù)把OS分為兩個(gè)部分：一部分是用于提供各種服務(wù)的服務(wù)器另一部分是用于實(shí)現(xiàn)os最基本功能的內(nèi)核，其全部工作是處理C與S之間通信。優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)充，易于移植、提高系統(tǒng)的可靠性、提供多種操作環(huán)境、適宜于分布計(jì)算模式、有助于多處理器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、支持實(shí)時(shí)任務(wù)缺點(diǎn)：消息傳遞方式增加開銷，使響應(yīng)變慢幾個(gè)商品化系統(tǒng)：WindowsNT,NextStepXINU,OSF/11.3,WorkspaceOS,Chorus/MixV.4，acG3,QNX,CTOS舉例：微內(nèi)核的開放式系統(tǒng)環(huán)境、一個(gè)分布式系統(tǒng)中的客戶服務(wù)器模型在現(xiàn)代OS的設(shè)計(jì)中，常常還融入面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)，該技術(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制OS的復(fù)雜度。它利用被封裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一組對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的過程來表示系統(tǒng)中的某個(gè)資源，這樣，可使資源的管理因一致而簡化。當(dāng)前廣泛使用的Windows2000操作系統(tǒng)，就采用了微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還融入了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)。具有面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)：封裝性、繼承性、多態(tài)性微內(nèi)核的基本功能：通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、進(jìn)程間通信、低級(jí)I/O功能。教課小結(jié)：預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：第4講（第4周）(注：線右側(cè)寫教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)演示、新增補(bǔ)內(nèi)容、重要標(biāo)注、時(shí)間分配等)教學(xué)章節(jié)：第2章進(jìn)程管理2.1進(jìn)程的基本概念2.1.1程序的順序執(zhí)行及其特征2.1.2前趨圖2.1.3程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征2.1.4進(jìn)程的特征與狀態(tài)2.1.5進(jìn)程控制塊教學(xué)目的及要求：學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生建立起進(jìn)程的概念。進(jìn)程是OS中最重要的基本概念，本章是全書中最重要的一章。要求掌握進(jìn)程的基本概念，重點(diǎn)、難點(diǎn)：(注：重點(diǎn)和難點(diǎn)如果一致，則寫在一起，若不同則應(yīng)分開寫)進(jìn)程的引入、特征、基本狀態(tài)、進(jìn)程控制塊教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。(注：內(nèi)容每節(jié)課1-2頁為宜)復(fù)習(xí)引入：通過第一章的學(xué)習(xí)，對操作系統(tǒng)有了整體上的認(rèn)識(shí)，以后的章節(jié)就是對各個(gè)部分的功能加以詳細(xì)的論述。新課講授：第2章進(jìn)程管理思考問題：為什么要引入進(jìn)程進(jìn)程具有哪些基本特征進(jìn)程具有哪些基本狀態(tài)進(jìn)程控制塊的作用和內(nèi)容2.1進(jìn)程的基本概念引入進(jìn)程的目的是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。2.1.1程序的順序執(zhí)行及其特征1.程序的順序執(zhí)行程序的順序執(zhí)行是指若干個(gè)程序或程序段之間必須嚴(yán)格按照某種先后次序來執(zhí)行，僅當(dāng)前一程序或程序段執(zhí)行完后，才能執(zhí)行后面的程序或程序段。例：每個(gè)程序有三個(gè)順序執(zhí)行的操作——I：輸入操作、C：計(jì)算操作、P：輸出操作2.程序順序執(zhí)行時(shí)的特征(1)順序性處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行。(2)封閉性程序一旦開始執(zhí)行，其計(jì)算結(jié)果不受外界因素的影響。即程序運(yùn)行時(shí)獨(dú)占全機(jī)資源，資源的狀態(tài)（除初始）只有本程序才能改變它。(3)可再現(xiàn)性程序執(zhí)行的結(jié)果與它的執(zhí)行速度無關(guān)(即與時(shí)間無關(guān))，而只與初始條件有關(guān)。2.1.2前趨圖為了描述一個(gè)程序的各部分（程序段、語句）間的依賴關(guān)系，或是一個(gè)大的計(jì)算的各子任務(wù)間的因果關(guān)系，采用前驅(qū)圖方式。前趨圖是一個(gè)有向無循環(huán)圖(DAG)，用于描述程序段或進(jìn)程之間執(zhí)行的先后次序關(guān)系。結(jié)點(diǎn)：描述一個(gè)程序段或進(jìn)程，或一條語句。有向邊：結(jié)點(diǎn)之間的偏序或前趨關(guān)系“?”?＝{(Pi,Pj)|在Pj開始前Pi必須完成}，若(Pi,Pj)∈?，可寫成Pi?PjPi?Pj：Pi必須在Pj開始之前完成則Pi是Pj的直接前趨，Pj是Pi的直接后繼初始結(jié)點(diǎn):沒有前趨的結(jié)點(diǎn)終止結(jié)點(diǎn):沒有后繼的結(jié)點(diǎn)例：具有九個(gè)結(jié)點(diǎn)的前驅(qū)圖:前趨關(guān)系：P1?P2，P1?P3，P1?P4，P2?P5，P3?P5，P4?P6，P4?P7，P5?P8，P6?P8，P7?P9，P8?P9注意：前趨圖中絕對不能出現(xiàn)循環(huán)2.1.3程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征1.程序的并發(fā)執(zhí)行例：在系統(tǒng)中有n個(gè)作業(yè)，每個(gè)作業(yè)都有三個(gè)處理步驟，輸入數(shù)據(jù)、處理、輸出，即Ii,Ci,Pi...=1,2,3,...,n)。這些作業(yè)在系統(tǒng)中執(zhí)行時(shí)是對時(shí)間的偏序，有些操作必須在其它操作之前執(zhí)行，這是有序的，但有些操作是可以同時(shí)執(zhí)行的。2.程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)的特征(1)間斷性在多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，程序是并發(fā)執(zhí)行的，它們?yōu)橥瓿梢豁?xiàng)任務(wù)而相互合作，這些程序之間要共享系統(tǒng)的資源，形成了相互制約的關(guān)系。相互制約導(dǎo)致并發(fā)程序具有“執(zhí)行——暫?！獔?zhí)行”這種間斷性的活動(dòng)規(guī)律。(2)失去封閉性程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，多道程序共享系統(tǒng)的資源，因而這些資源的狀態(tài)由多道程序來改變，程序運(yùn)行失去封閉性。一程序的運(yùn)行受到其他程序的影響。(3)不可再現(xiàn)性程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，失去封閉性導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。重復(fù)執(zhí)行時(shí)，雖執(zhí)行環(huán)境和初始條件相同，但結(jié)果卻不同。（加入實(shí)例）2.1.4進(jìn)程的特征與狀態(tài)在計(jì)算機(jī)中，程序的并發(fā)執(zhí)行具有不可再現(xiàn)性。那么，如何使程序既能并發(fā)執(zhí)行，又具有可再現(xiàn)性呢？這就必須引入進(jìn)程的概念，也就是說，引入進(jìn)程的目的是為了使程序能夠正確地并發(fā)執(zhí)行。（為什么進(jìn)程實(shí)體卻能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行？）1進(jìn)程的特征與定義（1）進(jìn)程的特征結(jié)構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性①結(jié)構(gòu)性進(jìn)程控制塊(PCB)+程序段+相關(guān)的數(shù)據(jù)段=進(jìn)程實(shí)體。②動(dòng)態(tài)性——進(jìn)程是程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行過程。具有生命期,它必須由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，由撤銷而消亡。是進(jìn)程的一個(gè)最基本的特征。③并發(fā)性——多個(gè)進(jìn)程實(shí)體同存于內(nèi)存中，在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。以提高資源利用率。只有為程序創(chuàng)建進(jìn)程后，多個(gè)程序才能正確地并發(fā)運(yùn)行。并發(fā)是引入進(jìn)程的目的，也是進(jìn)程的另一個(gè)最基本的特征。④獨(dú)立性——進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立分配資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位，而程序則不是。⑤異步性——進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。（2）進(jìn)程（Process）的定義進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行。進(jìn)程是一個(gè)程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上順序執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)。進(jìn)程是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行的過程，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。進(jìn)程的定義：進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。（3）進(jìn)程與程序的區(qū)別進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的進(jìn)程是暫時(shí)的，程序是永久的進(jìn)程與程序的組成不同：

進(jìn)程包括程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（即進(jìn)程狀態(tài)信息）進(jìn)程與程序的對應(yīng)關(guān)系：

不是一一對應(yīng)。通過多次執(zhí)行，一個(gè)程序可對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；通過調(diào)用關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可包括多個(gè)程序。2．進(jìn)程的三種基本狀態(tài)①就緒狀態(tài)(Ready)：進(jìn)程已獲得了除CPU之外的所有資源，處于就緒態(tài)的進(jìn)程有多個(gè)，它們存放在就緒隊(duì)列中。②執(zhí)行狀態(tài)(Running)：已獲得CPU的進(jìn)程進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。③阻塞狀態(tài)(Blocked)：進(jìn)程因發(fā)生某個(gè)事件（如請求I/O、申請緩沖空間）而暫停執(zhí)行的狀態(tài)。即進(jìn)程的執(zhí)行受到阻塞進(jìn)程的三種基本狀態(tài)以及各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系對單個(gè)進(jìn)程而言，任何時(shí)刻，它只能處于三種基本狀態(tài)之一，而隨著進(jìn)程自身的推進(jìn)和外界環(huán)境條件的變化，它的狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換：處于就緒狀態(tài)地進(jìn)程，通過進(jìn)程調(diào)度獲得CPU后，便從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行狀態(tài)；分時(shí)系統(tǒng)中，正在執(zhí)行地進(jìn)程由于時(shí)間片用完而暫停執(zhí)行時(shí)，便從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)；正在執(zhí)行地程序，由于等待某種事件地完成而無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，便從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成阻塞狀態(tài)；阻塞地進(jìn)程所等待的事件完成后，便轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)。對整個(gè)系統(tǒng)而言，每個(gè)時(shí)刻允許同時(shí)有多個(gè)處于就緒和阻塞的進(jìn)程，但對執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程，每個(gè)處理機(jī)最多只允許有一個(gè)。3．掛起狀態(tài)“掛起”的實(shí)質(zhì)是使進(jìn)程不能繼續(xù)執(zhí)行，即使掛起后的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，它也不能參與對CPU的競爭。因此，被掛起的進(jìn)程處于靜止?fàn)顟B(tài)，相反，沒被掛起的進(jìn)程則處于活動(dòng)狀態(tài)。而且，處于靜止?fàn)顟B(tài)的進(jìn)程只有通過“激活”動(dòng)作，才能轉(zhuǎn)換成活動(dòng)狀態(tài)。引起掛起狀態(tài)的原因：終端用戶的請求、父進(jìn)程請求、負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要、操作系統(tǒng)的需要“掛起”常被用在進(jìn)程對換中，此時(shí)，掛起（即換出）進(jìn)程可以騰出內(nèi)存空間給就緒進(jìn)程使用；“掛起”還可用在其他場合，如用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負(fù)荷、方便用戶考查自己的運(yùn)行進(jìn)程或父進(jìn)程考查子進(jìn)程、方便操作系統(tǒng)檢查運(yùn)行中的資源使用情況或進(jìn)行記帳等。(2)進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換①活動(dòng)就緒靜止就緒（掛起、激活）②活動(dòng)阻塞靜止阻塞（掛起、激活）③執(zhí)行?靜止就緒（掛起）4.創(chuàng)建和終止?fàn)顟B(tài)（1）創(chuàng)建狀態(tài)①創(chuàng)建PCB，填寫必要的管理信息②轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)并插入就緒隊(duì)列中一般而言，此時(shí)的進(jìn)程已擁有了自己的PCB，但進(jìn)程自身還未進(jìn)入主存，即創(chuàng)建工作尚未完成，進(jìn)程還不能被調(diào)度運(yùn)行，其所處的狀態(tài)就是創(chuàng)建狀態(tài)。（2）終止?fàn)顟B(tài)①等待OS進(jìn)行善后處理②將其PCB清零，并將PCB空間返還系統(tǒng)。進(jìn)入終止態(tài)的進(jìn)程以后不能再執(zhí)行，但在OS中依然保留一個(gè)記錄供其他進(jìn)程收集，一旦其他進(jìn)程完成了對終止?fàn)顟B(tài)進(jìn)程的信息的提取后，OS將刪除該進(jìn)程。思考問題：問題：PCB的作用，為什么說是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？2.1.5進(jìn)程控制塊為了描述和控制進(jìn)程的運(yùn)行，系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程定義了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——進(jìn)程控制塊（PCB）。進(jìn)程控制塊的作用存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊。它是進(jìn)程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB是進(jìn)程實(shí)體的一個(gè)組成部分，在其中記錄了OS所需的、用于描述進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)以及控制進(jìn)程的全部信息。其作用是將程序變成可并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程的PCB感知到一進(jìn)程的存在，并對它進(jìn)行控制，因此，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。由于PCB要被系統(tǒng)頻繁訪問，它必須常駐內(nèi)存。在創(chuàng)建時(shí)，建立PCB，并伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過程，直到進(jìn)程撤消而撤消。PCB就象我們的戶口。系統(tǒng)的所有PCB組織成鏈表或隊(duì)列，常駐內(nèi)存的PCB區(qū)。2.進(jìn)程控制塊中的信息1)進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息每個(gè)進(jìn)程都必須有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。另外，還可以用父進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符、子進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符來描述進(jìn)程的家族關(guān)系。內(nèi)部標(biāo)識(shí)符：便于系統(tǒng)使用外部標(biāo)識(shí)符：便于用戶使用2)處理機(jī)狀態(tài)信息處理機(jī)狀態(tài)信息主要由處理機(jī)的各種寄存器中的內(nèi)容組成。處理機(jī)運(yùn)行時(shí)的信息存放在寄存器中，當(dāng)被中斷時(shí)這些信息要存放在PCB中。通用寄存器、指令計(jì)數(shù)器、程序狀態(tài)字PSW、用戶棧指針3)進(jìn)程調(diào)度和控制信息——用于進(jìn)程調(diào)度和控制。主要包括進(jìn)程狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、等待和使用CPU的時(shí)間總和、程序和數(shù)據(jù)的地址、進(jìn)程同步和通信信息、資源清單和進(jìn)程隊(duì)列指針等。3.進(jìn)程控制塊的組織方式在一個(gè)系統(tǒng)中通常有許多PCB，稱為PCB集合。為了便于管理，系統(tǒng)必須用適當(dāng)?shù)姆绞綄CB組織起來，常用的方式有鏈接和索引方式。1)鏈接方式把具有同一狀態(tài)的PCB用其中的鏈接字鏈接成一個(gè)隊(duì)列。就緒隊(duì)列；若干個(gè)阻塞隊(duì)列；空白隊(duì)列2)索引方式系統(tǒng)根據(jù)所有進(jìn)程的狀態(tài)建立幾張索引表，把各表的內(nèi)存首地址記錄在內(nèi)存的專用單元中。索引表的表目中記錄了相應(yīng)狀態(tài)的某個(gè)PCB在PCB表中的地址。其他方式：線性表或鏈表教課小結(jié)：預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：

第5講（第4周）(注：線右側(cè)寫教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)演示、新增補(bǔ)內(nèi)容、重要標(biāo)注、時(shí)間分配等)教學(xué)章節(jié)：2.2進(jìn)程控制2.2.1進(jìn)程的創(chuàng)建2.2.2進(jìn)程的終止2.2.3進(jìn)程的阻塞與喚醒2.2.4進(jìn)程的掛起與激活2.3進(jìn)程同步2.3.1進(jìn)程同步的基本概念2.3.2信號(hào)量機(jī)制教學(xué)目的及要求：了解進(jìn)程控制的過程掌握進(jìn)程間的相互關(guān)系，以及進(jìn)程同步的有效機(jī)制信號(hào)量機(jī)制。重點(diǎn)、難點(diǎn)：信號(hào)量的物理意義教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。復(fù)習(xí)引入：上次課提及到進(jìn)程的幾種狀態(tài)以及之間如何轉(zhuǎn)換，本次課將詳細(xì)介紹引起進(jìn)程各種狀態(tài)的原因，以及相應(yīng)原語的創(chuàng)建過程。新課講授：2.2進(jìn)程控制進(jìn)程控制是進(jìn)程管理中最基本的功能，它用于創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程，并對進(jìn)程在整個(gè)生命周期中各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行有效控制。進(jìn)程控制是OS的內(nèi)核通過原語來實(shí)現(xiàn)的。原語的作用是為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信和控制，是由若干條指令組成的，用于完成一定功能的一個(gè)過程；原語的執(zhí)行具有原子性，即原語在執(zhí)行過程中不可分割，在執(zhí)行過程中不允許被中斷。許多系統(tǒng)調(diào)用就是原語。處理機(jī)運(yùn)行時(shí)的兩種狀態(tài)：核心態(tài)和用戶態(tài)，（1）系統(tǒng)狀態(tài)：也叫管態(tài)或核心態(tài)，它具有較高的特權(quán)，能執(zhí)行一切指令，訪問所有寄存器和存儲(chǔ)區(qū)。通常，OS內(nèi)核就運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)下。（2）用戶態(tài)：也叫目態(tài)，是一種具有較低特權(quán)的執(zhí)行狀態(tài)。它只能執(zhí)行規(guī)定的指令、訪問規(guī)定的寄存器和存儲(chǔ)區(qū)。通常用戶程序都運(yùn)行在用戶態(tài)。用戶態(tài)時(shí)不可直接訪問受保護(hù)的OS代碼；核心態(tài)時(shí)執(zhí)行OS代碼，可以訪問全部進(jìn)程空間通過這兩個(gè)狀態(tài)的劃分，可防止用戶程序破壞OS內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)。2.2.1進(jìn)程的創(chuàng)建1.進(jìn)程圖描述進(jìn)程的家族關(guān)系的有向樹（結(jié)點(diǎn)：代表進(jìn)程，根結(jié)點(diǎn)為該家族的祖先；有向邊：父子關(guān)系；樹：表示一個(gè)家族）進(jìn)程Pi創(chuàng)建了進(jìn)程Pj，則Pi是Pj的父進(jìn)程，Pj是Pi的子進(jìn)程，用一條由進(jìn)程Pi指向進(jìn)程Pj的有向邊來描述。創(chuàng)建父進(jìn)程的進(jìn)程為祖先進(jìn)程，由此形成進(jìn)程樹，樹根為進(jìn)程家族的祖先。提問：進(jìn)程圖與前趨圖比較（1）前趨圖：描述的是任務(wù)之間的前趨關(guān)系，只有在前趨進(jìn)程完成后，其后繼進(jìn)程才能運(yùn)行（2）進(jìn)程圖：創(chuàng)建者和被創(chuàng)建者可以并發(fā)執(zhí)行，也可以父進(jìn)程等待其所有子進(jìn)程結(jié)束后再執(zhí)行，這完全取決于創(chuàng)建原語和創(chuàng)建者的需要。2.引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件在多道程序環(huán)境中，只有進(jìn)程才能在系統(tǒng)中運(yùn)行。導(dǎo)致創(chuàng)建進(jìn)程的典型事件有：（分時(shí)系統(tǒng)的）用戶登錄、（批處理系統(tǒng)中的）作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)———這三種情況是由系統(tǒng)內(nèi)核為其創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。應(yīng)用請求——應(yīng)用程序本身也可以根據(jù)需要去創(chuàng)建新的進(jìn)程（自己創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程）3.進(jìn)程的創(chuàng)建操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)要求創(chuàng)建新進(jìn)程的事件后，調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語Creat()創(chuàng)建新進(jìn)程。創(chuàng)建過程：(1)申請空白PCB：申請進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，并從PCB集合中索取一個(gè)空白PCB(2)為新進(jìn)程分配資源:為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間。(3)初始化進(jìn)程控制塊：初始化標(biāo)識(shí)信息、處理機(jī)狀態(tài)信息、進(jìn)程調(diào)度和控制信息。(4)將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列2.2.2進(jìn)程的終止當(dāng)進(jìn)程完成任務(wù)或遇到異常情況和外界干預(yù)需要結(jié)束時(shí)，應(yīng)通過進(jìn)程終止原語來終止進(jìn)程。終止進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是收回PCB。1.引起進(jìn)程終止的事件1)正常結(jié)束——用于表示進(jìn)程已經(jīng)運(yùn)行完成的指示2)異常結(jié)束——運(yùn)行間，某些錯(cuò)誤和故障而迫使進(jìn)程終止越界錯(cuò)誤、保護(hù)錯(cuò)、非法指令、特權(quán)指令錯(cuò)、運(yùn)行超時(shí)等3)外界干預(yù)——并非異常事件，而應(yīng)外界的請求而終止運(yùn)行操作員或操作系統(tǒng)干預(yù)、父進(jìn)程請求、父進(jìn)程中止2.進(jìn)程的終止過程(1)找到要終止進(jìn)程的PCB——根據(jù)被終止進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符，從PCB集合中檢索出該進(jìn)程的PCB，從中讀出該進(jìn)程的狀態(tài)。(2)若被終止進(jìn)程正處于執(zhí)行狀態(tài)，應(yīng)立即終止該進(jìn)程的執(zhí)行，置調(diào)度標(biāo)志為真，用于指示該進(jìn)程被終止后應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)度。(3)終止屬于該進(jìn)程的所有子孫進(jìn)程——若該進(jìn)程有子孫進(jìn)程，應(yīng)將其所有子孫進(jìn)程予以終止，以防他們成為不可控的進(jìn)程。(4)釋放終止進(jìn)程所擁有的全部資源——將被終止進(jìn)程所擁有的全部資源，或歸還其父進(jìn)程，或歸還系統(tǒng)。(5)將終止進(jìn)程移出它所在的隊(duì)列并收回PCB——將被終止進(jìn)程的PCB從所在隊(duì)列或鏈表中移出，等待其他程序搜索信息2.2.3進(jìn)程的阻塞與喚醒1.引起進(jìn)程阻塞和喚醒的事件1)新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)2)無新工作可做3)請求系統(tǒng)服務(wù)4)啟動(dòng)某種操作當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程需要等待某種事件的完成或本身無新工作可做時(shí)，應(yīng)調(diào)用阻塞原語將自己從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)2.進(jìn)程阻塞過程——是進(jìn)程本身的一種主動(dòng)行為調(diào)用阻塞原語阻塞自己，中止該進(jìn)程的執(zhí)行，將PCB中的狀態(tài)改為阻塞，并加入到阻塞隊(duì)列中；然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，將處理機(jī)分配給另一進(jìn)程，并進(jìn)行進(jìn)程切換以及處理機(jī)狀態(tài)的保護(hù)與重新設(shè)置。3.進(jìn)程喚醒過程阻塞進(jìn)程等待的事件發(fā)生，有關(guān)進(jìn)程調(diào)用喚醒原語把等待該事件的進(jìn)程喚醒。喚醒原語的執(zhí)行：把阻塞進(jìn)程從等待該事件的阻塞隊(duì)列中移出，將其PCB中的現(xiàn)行狀態(tài)改為就緒，將PCB插入到就緒隊(duì)列中。阻塞原語與喚醒原語作用相反，成對使用。注意：阻塞是進(jìn)程自己阻塞自己的，而進(jìn)程喚醒不是自己喚醒自己，它需要另一進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)。2.2.4進(jìn)程的掛起與激活1.進(jìn)程的掛起當(dāng)出現(xiàn)引起進(jìn)程掛起的事件時(shí)，系統(tǒng)利用掛起原語將指定進(jìn)程或處于阻塞的進(jìn)程掛起。掛起原語的執(zhí)行：檢查被掛起進(jìn)程的狀態(tài)，若處于活動(dòng)就緒，則改為靜止就緒，若處于活動(dòng)阻塞，則改為靜止阻塞，將該進(jìn)程PCB復(fù)制到內(nèi)存指定區(qū)域，若掛起的進(jìn)程正在執(zhí)行，則重新進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度。如果掛起是為了對換，則在掛起進(jìn)程時(shí)還必須將它換出到外存中。2.進(jìn)程的激活過程當(dāng)發(fā)生激活進(jìn)程的事件時(shí)，系統(tǒng)利用激活原語將指定進(jìn)程激活。激活原語先將進(jìn)程從外存調(diào)入內(nèi)存，檢查該進(jìn)程的狀態(tài)，若處于靜止就緒，則改為活動(dòng)就緒，若處于靜止阻塞，則改為活動(dòng)阻塞。若進(jìn)程轉(zhuǎn)換成活動(dòng)就緒狀態(tài)，而系統(tǒng)又采用搶占調(diào)度策略，則應(yīng)檢查該進(jìn)程是否有權(quán)搶占CPU，若有則應(yīng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度。同樣，若掛起是為了對換，則在激活被掛起的進(jìn)程時(shí)還必須將它調(diào)入內(nèi)存。2.3進(jìn)程同步思考問題：引入進(jìn)程同步的目的臨界資源和臨界區(qū)引入進(jìn)程同步：OS引入進(jìn)程提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，但由于進(jìn)程的異步性導(dǎo)致了系統(tǒng)混亂，尤其爭用臨界資源時(shí)，（引用實(shí)例：當(dāng)多個(gè)進(jìn)程去爭用一臺(tái)打印機(jī)時(shí)，有可能使多個(gè)進(jìn)程的輸出結(jié)果交織在一起難于區(qū)分）。為此，OS必須引入某種機(jī)制，即進(jìn)程的同步機(jī)制（進(jìn)程同步）。進(jìn)程同步是指對多個(gè)相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)，它的目的是使系統(tǒng)中諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。用來實(shí)現(xiàn)同步的機(jī)制被稱作同步機(jī)制。2.3.1進(jìn)程同步的基本概念在多道程序的環(huán)境下：所有進(jìn)程都是相互獨(dú)立的、進(jìn)程以異步方式并發(fā)執(zhí)行，致使進(jìn)程在活動(dòng)中會(huì)相互制約1．兩種制約關(guān)系直接：相互制約關(guān)系源于進(jìn)程合作，表現(xiàn)為：進(jìn)程進(jìn)程（同步）間接：相互制約關(guān)系源于資源共享,表現(xiàn)為：進(jìn)程資源進(jìn)程（互斥）（1）同步同步是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)直接發(fā)生相互作用的關(guān)系同步舉例：輸入進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程通過單緩沖區(qū)來協(xié)調(diào)工作同步進(jìn)程間具有合作關(guān)系在執(zhí)行時(shí)間上必須按一定的順序協(xié)調(diào)進(jìn)行（2）互斥互斥是并發(fā)執(zhí)行的多個(gè)進(jìn)程由于競爭同一資源而產(chǎn)生的相互排斥的關(guān)系互斥進(jìn)程彼此在邏輯上是完全無關(guān)的它們的運(yùn)行不具有時(shí)間次序的特征2．臨界資源一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的共享資源，如果多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用這些資源，則有可能造成系統(tǒng)的混亂，如：打印機(jī)，多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用一臺(tái)打印機(jī)，將使其輸出結(jié)果交織在一起，難于區(qū)分；又如共享變量，多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用一個(gè)共享變量，會(huì)使結(jié)果具有不可再現(xiàn)性。3．臨界區(qū)（如何保證諸進(jìn)程互斥地訪問臨界資源）每個(gè)進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼叫臨界區(qū)。對欲訪問的臨界資源進(jìn)行檢查，………………進(jìn)入?yún)^(qū)若此刻未被訪問，設(shè)正在訪問的標(biāo)志訪問臨界資源………………臨界區(qū)將正在訪問的標(biāo)志恢復(fù)為未被訪問的標(biāo)志……退出區(qū)其余部分………………剩余區(qū)為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地共享臨界資源，并使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性，系統(tǒng)必須保證它們互斥地使用臨界資源，即保證它們互斥地進(jìn)入自己地臨界區(qū)。如果一進(jìn)程已進(jìn)入臨界區(qū)使用臨界資源，另一企圖進(jìn)入臨界區(qū)使用同一臨界資源的進(jìn)程便必須等待，直到前一進(jìn)程退出臨界區(qū)為止。不難看出，互斥的實(shí)質(zhì)就是同步，互斥是同步的一種特殊形式。4.同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥地進(jìn)入自己地臨界區(qū)，采用同步機(jī)制來協(xié)調(diào)各進(jìn)程間地運(yùn)行?？臻e讓進(jìn)－臨界資源空閑時(shí)，應(yīng)允許一個(gè)請求進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程立即進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以便有效地利用資源。忙則等待——當(dāng)臨界資源正被訪問時(shí)，其他要求進(jìn)入臨界區(qū)地進(jìn)程必須等待，以保證對臨界資源地互斥使用。有限等待——任何要求訪問臨界資源的進(jìn)程應(yīng)能在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以免“死等”讓權(quán)等待——不能進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程應(yīng)立即釋放CPU，以免“忙等”2.3.2信號(hào)量機(jī)制思考問題：信號(hào)量的含義（信號(hào)量的P、V操作如何實(shí)現(xiàn)；各種信號(hào)量機(jī)制的特點(diǎn)）為了實(shí)現(xiàn)同步，OS引入多種管理機(jī)制，其中信號(hào)量機(jī)制是最有效的。1965年荷蘭Dijkstra提出的進(jìn)程同步工具。（這個(gè)Dijkstra，就是那個(gè)提出“goto有害論”的Dijkstra，就是那個(gè)提出信號(hào)量和PV原語，解決了有趣的“哲學(xué)家聚餐”問題的Dijkstra，那個(gè)Dijkstra最短路徑算法的創(chuàng)造者。曾在1972年獲得過素有計(jì)算機(jī)科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)之稱的圖靈獎(jiǎng)）信號(hào)量代表可用資源實(shí)體的數(shù)量。信號(hào)量又叫信號(hào)燈（semaphore），是表示資源的實(shí)體，是一個(gè)與隊(duì)列有關(guān)的整型變量，除初值外其值僅能由P、V原語操作來改變。操作系統(tǒng)利用信號(hào)量對進(jìn)程和資源進(jìn)行控制和管理。公用（互斥）信號(hào)量：用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的互斥，初值為1，它所聯(lián)系的一組并發(fā)進(jìn)程均可對其實(shí)施P、V操作；除初值外，信號(hào)量的值僅由P、V操作改變P、V分別代表荷蘭語的“等待”?Wait,“發(fā)信號(hào)”?SignalP、V操作原語—P操作（wait）原語申請一個(gè)單位資源—V操作（signal）原語釋放一個(gè)單位資源1.整型信號(hào)量整型量，除初始化外，僅能通過兩個(gè)原子操作來訪問。Wait操作wait(S): WhileS<=0dono-op;S:=S-1;Signal操作signal(S): S:=S+1;Wait、Signal操作是原子操作，不可中斷。整型信號(hào)量的主要問題是，只要S<=0，wait操作就會(huì)不斷地測試，因而，沒能做到“讓權(quán)等待”2.記錄型信號(hào)量整型信號(hào)量未遵循“讓權(quán)等待”原則，導(dǎo)致“忙等”。記錄型信號(hào)量：一般是由兩個(gè)成員組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)成員是整型變量，表示該信號(hào)量的值，另一個(gè)是指向PCB的指針。引入整型變量value(代表資源數(shù)目)、進(jìn)程鏈表L(鏈接所有等待進(jìn)程)記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：typesemaphore=recordvalue:integer;L:listofPCB;end;信號(hào)量的值是與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)的。當(dāng)它的值大于0時(shí)，表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量；當(dāng)它的值小于0時(shí)，則其絕對值表示等待使用該資源的進(jìn)程數(shù)，即在該信號(hào)量隊(duì)列上排隊(duì)的PCB的個(gè)數(shù)。wait(S)：S.value:=S.value-1;S.valueifS.value<0thenblock(S,L)當(dāng)S.value<0時(shí)表示該類資源已分配完畢，進(jìn)程應(yīng)調(diào)用block原語自我阻塞，放棄處理機(jī)，插入到鏈表S.L中。signal(S)：S.value:=S.value+1;S.valueifS.value<=0thenwakeup(S,L)若加1后仍是S.value<=0，則表示在信號(hào)量鏈表中仍有等待該資源的進(jìn)程被阻塞，應(yīng)調(diào)用wakeup原語，將S.L鏈表中的第一個(gè)等待進(jìn)程喚醒。前面介紹的進(jìn)程互斥問題，屬于多個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)臨界資源。而AND型信號(hào)量是為了解決多個(gè)進(jìn)程共享多個(gè)臨界資源。3．AND型信號(hào)量AND同步機(jī)制的基本思想：將進(jìn)程在整個(gè)運(yùn)行過程中需要的所有資源，一次性全部分配給進(jìn)程，待進(jìn)程使用完后再一起釋放。只要尚有一個(gè)資源未能分配給進(jìn)程，其他所有可能為之分配的資源，也不分配給它，即對臨界資源的分配采取原子操作。4．信號(hào)量集一般信號(hào)量集的幾種特殊情況：Swait(S,d,d)，只有一個(gè)信號(hào)量S，允許每次申請d個(gè)資源，若現(xiàn)有資源數(shù)少于d，不予分配。Swait(S,1,1)，蛻化為一般的記錄型信號(hào)量(S>1時(shí))或互斥信號(hào)量(S=1時(shí))。Swait(S,1,0)，當(dāng)S>=1時(shí)，允許多個(gè)進(jìn)程進(jìn)入某特定區(qū)，當(dāng)S變?yōu)?后，阻止任何進(jìn)程進(jìn)入特定區(qū)，相當(dāng)于可控開關(guān)。教課小結(jié)：預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：實(shí)驗(yàn)二Linux進(jìn)程控制

第6講（第5周）教學(xué)章節(jié)：2.3.3信號(hào)量的應(yīng)用實(shí)例分析教學(xué)目的及要求：要求掌握信號(hào)量和管程機(jī)制的應(yīng)用重點(diǎn)、難點(diǎn)：信號(hào)量機(jī)制及其應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。復(fù)習(xí)引入：總結(jié)：信號(hào)量的物理意義問題：信號(hào)量的物理含義以及每次wait和signal操作又分別意味什么一般說來，信號(hào)量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。當(dāng)S>0時(shí)，其值表示可用資源的數(shù)量，執(zhí)行一次Wait操作意味著請求分配一個(gè)單位的資源；若S<=0，表示已無資源，申請資源的進(jìn)程被阻塞，并排入信號(hào)量S的等待隊(duì)列中，執(zhí)行一次Signal操作，意味著釋放一個(gè)單位的資源。新課講授：2.3.3信號(hào)量的應(yīng)用1．利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥為使多個(gè)進(jìn)程能互斥地訪問某個(gè)臨界資源，只需為該資源設(shè)置一互斥信號(hào)量mutex,初值為1，然后將訪問該資源的臨界區(qū)置于wait(mutex)和signal(mutex)之間。利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥的說明為臨界資源設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量mutex，其初值為1在每個(gè)進(jìn)程中將臨界區(qū)代碼置于Wait(mutex)和Signal(mutex)原語之間必須成對使用Wait和Signal原語：遺漏Wait原語則不能保證互斥訪問，遺漏Signal原語則不能在使用臨界資源之后將其釋放（給其他等待的進(jìn)程）Wait、Signal原語不能次序錯(cuò)誤、重復(fù)或遺漏2．把信號(hào)量作為進(jìn)程間的同步工具（實(shí)現(xiàn)前驅(qū)關(guān)系）若pi是pj的直接前趨，則可設(shè)置一個(gè)初值為0的公用信號(hào)量S，并將signal(S)操作放在pi后，而在pj前插入wait(S)操作，以保證pi在pj開始執(zhí)行之前完成。

舉例：設(shè)有兩個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程P1和P2，P1中有語句S1，P2中有語句S2，希望在S1執(zhí)行后再執(zhí)行S2。使進(jìn)程P1和P2共享一個(gè)公用信號(hào)量S，并賦予其初值為0。進(jìn)程P1：S1；signal(S)；進(jìn)程P2：wait(S)；S2；例一：供者和用者對緩沖區(qū)的同步設(shè)2個(gè)信號(hào)量：empty——緩沖區(qū)是否為空（初值為1）full——緩沖區(qū)是否為滿（初值為0）供者進(jìn)程L1：Wait（empty）將信息送入緩沖區(qū)；Signal（full）gotoL1用者進(jìn)程L2：Wait（full）從緩沖區(qū)取出信息；Signal（empty）gotoL2在現(xiàn)實(shí)生活中，同步的例子也比比皆是。例二：在一輛公交車上，司機(jī)和售票員各行其職，獨(dú)立工作。司機(jī)負(fù)責(zé)開車和到站停車；售票員負(fù)責(zé)售票和開關(guān)車門。但兩者需要密切配合、協(xié)調(diào)一致。即當(dāng)司機(jī)駕駛的車輛到站并把車輛停穩(wěn)后，售票員打開車門，讓乘客上下車，然后關(guān)好車門，這時(shí)司機(jī)繼續(xù)開車行駛。此即典型的同步關(guān)系！設(shè)司機(jī)進(jìn)程設(shè)置一信號(hào)量run，用于判斷司機(jī)能否進(jìn)行工作，初值為0；售票員進(jìn)程設(shè)置一個(gè)信號(hào)量stop，用于判斷是否停車，售票員是否能夠開車門，初值為0；司機(jī)：RepeatP(run)；啟動(dòng)車輛；正常行車；到站停車；V(stop)；Untilfalse;售票員：Repeat上乘客；關(guān)車門；V(run)；售票；P(stop)；開車門；下乘客；Untilfalse;關(guān)于信號(hào)量實(shí)現(xiàn)同步的說明分析進(jìn)程間的制約關(guān)系，確定信號(hào)量的種類。信號(hào)量的初值與相應(yīng)資源的數(shù)量有關(guān)，也與P、V操作在程序代碼中出現(xiàn)的位置有關(guān)。同一信號(hào)量的P、V操作要成對出現(xiàn)，但它們分別在不同的進(jìn)程代碼中。把信號(hào)量視為某種類型的共享資源的剩余個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對一類共享資源的訪問。例：某超市門口為顧客準(zhǔn)備了100輛手推車，每位顧客在進(jìn)去買東西時(shí)取一輛推車，在買完東西結(jié)完帳以后再把推車還回去。試用P、V操作正確實(shí)現(xiàn)顧客進(jìn)程的同步互斥關(guān)系。分析：把手推車視為某種資源，每個(gè)顧客為一個(gè)要互斥訪問該資源的進(jìn)程。解：semaphores_cartnum;//空閑的手推車數(shù)量，初值為100voidconsumer(void)//顧客進(jìn)程{p(s_cartnum);買東西；結(jié)帳；v(s_cartnum);}關(guān)于信號(hào)量的進(jìn)一步說明同步和互斥這兩種制約關(guān)系的區(qū)別：進(jìn)程的互斥是進(jìn)程間競爭共享資源的使用權(quán)，這種競爭沒有固定的必然聯(lián)系；而進(jìn)程同步時(shí)，涉及到共享資源的并發(fā)進(jìn)程之間一種必然的依賴關(guān)系。用P、V操作解決進(jìn)程并發(fā)問題時(shí)首先應(yīng)確定問題是屬于進(jìn)程互斥還是進(jìn)程同步，或是互斥與同步的混合問題，然后根據(jù)共享資源的數(shù)量以及使用共享資源的規(guī)則正確的定義信號(hào)量及其初值。如果用于互斥，只要用一個(gè)信號(hào)量與一組相關(guān)臨界區(qū)聯(lián)系起來，信號(hào)量的初值定義為“1”。每個(gè)進(jìn)程要進(jìn)入臨界區(qū)之前調(diào)用P操作，測試自己是否可以立即進(jìn)入臨界區(qū)；執(zhí)行完臨界區(qū)的代碼后，調(diào)用V操作表示自己退出臨界區(qū)。①對于兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程，S只有1、0、-1三個(gè)取值:s=1：無進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)；s=0：有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)；s=-1:有一個(gè)進(jìn)程在臨界區(qū)，另一個(gè)進(jìn)程等待進(jìn)入臨界區(qū)。②對于n個(gè)并發(fā)進(jìn)程，信號(hào)量S可取值的范圍是：

1～-(n-1)，當(dāng)S<0時(shí)，表示有一個(gè)進(jìn)程已進(jìn)入臨界區(qū)，而且還有|Ｓ|個(gè)進(jìn)程正在等待進(jìn)入臨界區(qū)，它們處于等待隊(duì)列中。4）如果用于同步，常稱為同步（私用、資源）信號(hào)量，每個(gè)信號(hào)量與一個(gè)消息對應(yīng)，根據(jù)各個(gè)消息量的物理含義確定初值，初始值可以為0或?yàn)槟硞€(gè)正整數(shù)n（視資源數(shù)而定）。進(jìn)程通過調(diào)用P操作來測定自己需要的消息是否到達(dá)，通過調(diào)用V操作把其他進(jìn)程需要的消息發(fā)送出去。實(shí)例分析：教課小結(jié)：預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：1、作業(yè)：2、補(bǔ)充習(xí)題：(若沒有可以刪去)推薦參考書目、網(wǎng)站及閱讀材料：(若沒有可以刪去)

第7講（第7周）(注：線右側(cè)寫教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)演示、新增補(bǔ)內(nèi)容、重要標(biāo)注、時(shí)間分配等)教學(xué)章節(jié)：2.3.4管程機(jī)制2.4經(jīng)典進(jìn)程的同步問題2.4.1生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題（是最著名的進(jìn)程同步問題）實(shí)例分析教學(xué)目的及要求：用P、V操作解決進(jìn)程同步問題重點(diǎn)、難點(diǎn)：(注：重點(diǎn)和難點(diǎn)如果一致，則寫在一起，若不同則應(yīng)分開寫)經(jīng)典進(jìn)程的同步問題教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。(注：內(nèi)容每節(jié)課1-2頁為宜)2.3.4管程(monitor)管程的引入：用信號(hào)量可實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步，但由于同步操作wait(S)和signal(S)分散在各個(gè)進(jìn)程中，并遍布整個(gè)程序。這不僅給系統(tǒng)的管理和程序的維護(hù)和修改帶來了麻煩，而且還會(huì)因同步操作的使用不當(dāng)造成死鎖。為了解決上述問題，又產(chǎn)生了一種新的進(jìn)程同步工具——管程。信號(hào)量同步的缺點(diǎn)同步操作分散：信號(hào)量機(jī)制中，同步操作分散在各個(gè)進(jìn)程中，使用不當(dāng)就可能導(dǎo)致各進(jìn)程死鎖;易讀性差：要了解對于一組共享變量及信號(hào)量的操作是否正確，必須通讀整個(gè)系統(tǒng)或者并發(fā)程序；不利于修改和維護(hù)：各模塊的獨(dú)立性差，任一組變量或一段代碼的修改都可能影響全局；正確性難以保證：操作系統(tǒng)或并發(fā)程序通常很大，很難保證這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)沒有邏輯錯(cuò)誤；管程的基本概念1973年，由Hoare和Hanson所提出；其基本思想是把信號(hào)量及其操作原語封裝在一個(gè)對象內(nèi)部。即：將共享變量以及對共享變量能夠進(jìn)行的所有操作集中在一個(gè)模塊中。（1）管程的定義：管程是關(guān)于共享資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及一組針對該資源的操作過程所構(gòu)成的軟件模塊。基本思想：是把信號(hào)量及其操作原語封裝在一個(gè)對象內(nèi)部，即：集中在一個(gè)模塊中。（2）優(yōu)點(diǎn)：管程可增強(qiáng)模塊的獨(dú)立性：系統(tǒng)按資源管理的觀點(diǎn)分解成若干模塊，用數(shù)據(jù)表示抽象系統(tǒng)資源，使同步操作相對集中，從而增加了模塊的相對獨(dú)立性引入管程可提高代碼的可讀性，便于修改和維護(hù)，正確性易于保證：采用集中式同步機(jī)制。一個(gè)操作系統(tǒng)或并發(fā)程序由若干個(gè)這樣的模塊所構(gòu)成，一個(gè)模塊通常較短，模塊之間關(guān)系清晰。管程的組成名稱：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明：一組局部于管程的共享變量操作原語：對共享變量進(jìn)行操作的一組原語過程（程序代碼）初始化代碼：對控制變量進(jìn)行初始化的代碼對共享變量和臨界資源進(jìn)行操作的一組原語過程（程序代碼），是訪問該管程的唯一途徑。這些原語本身是互斥的，任一時(shí)刻只允許一個(gè)進(jìn)程去調(diào)用，其余需要訪問的進(jìn)程就等待。TYPEmonitor_name=MONITOR;共享變量說明;procedure過程名（形參表）； 過程局部變量說明； begin 語句序列； end;function函數(shù)名（形參表）：值類型；函數(shù)局部變量說明；begin語句序列；end;begin 共享變量初始化語句序列；end;管程具有以下特點(diǎn)：局部于管程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，僅被局部于管程的過程訪問。局部于管程的過程，也僅能訪問管程內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。任何進(jìn)程只能通過調(diào)用管程提供的過程入口進(jìn)入管程任一時(shí)刻，最多只能有一個(gè)進(jìn)程在管程中執(zhí)行，管程（相當(dāng)于圍墻）把共享變量和對它進(jìn)行操作的若干過程圍起來。5．條件變量(condition)條件變量的引入：在任何時(shí)刻，最多只有一個(gè)進(jìn)程在管程中執(zhí)行，因此用管程很容易實(shí)現(xiàn)互斥，只要將需要互斥訪問的資源用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述，并將該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)放入管程中便可。若要用管程來實(shí)現(xiàn)同步，則在相應(yīng)條件不滿足時(shí)（如臨界資源得不到時(shí)）必須能夠?qū)⒃诠艹虄?nèi)執(zhí)行的進(jìn)程阻塞。由于阻塞的原因不同，為了將他們區(qū)分開，引入局部于管程的條件變量。每個(gè)條件變量表示一種等待原因，并不取具體數(shù)值－－相當(dāng)于每個(gè)原因?qū)?yīng)一個(gè)隊(duì)列。同步操作原語wait和signal：針對條件變量x，執(zhí)行x.wait的進(jìn)程將自己阻塞在x隊(duì)列中，x.signal將x隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程喚醒。wait操作。如x.wait用來將執(zhí)行進(jìn)程掛到與條件變量x相應(yīng)的等待隊(duì)列上；signal操作。x.signal用來喚醒與x相應(yīng)的等待隊(duì)列上的一個(gè)進(jìn)程。值得注意的是，若沒有等待進(jìn)程，則x.signal不起任何作用。這與信號(hào)量機(jī)制中的signal操作不同。6．管程與進(jìn)程的異同設(shè)置的目標(biāo)不同進(jìn)程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并發(fā)；管程解決共享資源的互斥使用系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同進(jìn)程私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCB；管程公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（等待隊(duì)列）管程被進(jìn)程調(diào)用管程是OS的固有成分，無創(chuàng)建和撤消2.4經(jīng)典進(jìn)程的同步問題2.4.1生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題（是最著名的進(jìn)程同步問題）思考問題：該問題用于解決什么問題的如何實(shí)現(xiàn)互斥如何實(shí)現(xiàn)同步對程序的閱讀方式問題的描述：問題的描述：一組生產(chǎn)者與一組消費(fèi)者，它們共享一個(gè)有界緩沖池，生產(chǎn)者向池中投入產(chǎn)品，消費(fèi)者從中取出產(chǎn)品。假定在生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的公用緩沖池具有n個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)只能存放一個(gè)類型為item的產(chǎn)品，而所有的生產(chǎn)者和消費(fèi)者是相互等效的。生產(chǎn)者進(jìn)程和消費(fèi)者進(jìn)程都以異步方式運(yùn)行，但它們之間必須保持同步。生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題實(shí)際上是相互合作的進(jìn)程關(guān)系的一種抽象。比如輸入進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程都是生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題的反映，因此，該問題具有很大的實(shí)用價(jià)值。分析：1）實(shí)現(xiàn)互斥緩沖池是臨界資源，一次只允許一個(gè)生產(chǎn)者投入消息，或者一個(gè)消費(fèi)者從中取出消息，即生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間都必須互斥使用緩沖池。所以必須設(shè)置互斥信號(hào)量mutex——它代表緩沖池資源，用于實(shí)現(xiàn)諸進(jìn)程對緩沖池的互斥使用，其初始值為1。2）實(shí)現(xiàn)同步A．只有緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)是空時(shí)，生產(chǎn)者才能把消息放入緩沖區(qū)；否則生產(chǎn)者必須等待。為了滿足此同步條件，設(shè)置一個(gè)資源信號(hào)量empty，它代表緩沖池中空緩沖區(qū)的數(shù)量，初始值為n，表示整個(gè)緩沖池為空。這個(gè)資源是生產(chǎn)者進(jìn)程所擁有，生產(chǎn)者進(jìn)程可以申請?jiān)撡Y源并對它施加P操作，而消費(fèi)者進(jìn)程對它實(shí)施V操作。B．只有在緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)已存入消息后，消費(fèi)者才能從中提取消息；否則消費(fèi)者必須等待。同樣為了滿足此同步條件，設(shè)置一個(gè)資源信號(hào)量full，它代表緩沖池中滿緩沖區(qū)的數(shù)量，初始值為0，當(dāng)其值為n時(shí)，整個(gè)緩沖池為滿。這個(gè)資源是消費(fèi)者進(jìn)程所擁有，消費(fèi)者進(jìn)程可以申請?jiān)撡Y源并對它施加P操作，而生產(chǎn)者進(jìn)程對它實(shí)施V操作。具體的算法描述略。(用記錄型信號(hào)量和AND信號(hào)量描述)注意：1．每個(gè)程序中用于實(shí)現(xiàn)互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必須成對地出現(xiàn)。2．對資源信號(hào)量empty和full的wait和signal操作，同樣需要成對地出現(xiàn)，但處于不同的程序中。3．在每個(gè)程序中的多個(gè)wait操作順序不能顛倒。應(yīng)先執(zhí)行對資源信號(hào)量的wait操作，再執(zhí)行對互斥信號(hào)量的wait操作，否則可能引起進(jìn)程死鎖。利用管程解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題在利用管程方法來解決生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題時(shí)，首先便是為它們建立一個(gè)管程，并明名為Producer-Consumer,或簡稱為PC。其中，包含兩個(gè)程：put(item)過程：將生產(chǎn)的消息投放到緩沖池中，:當(dāng)count>或=n時(shí)，表示緩沖池已滿，生產(chǎn)者需等待，等待緩沖池不全滿條件成立。get(item)過程：消費(fèi)者利用該過程從緩沖池中取得一個(gè)消息，當(dāng)count<或=n時(shí)，表示緩沖池中已無可用消息，消息者應(yīng)等待。PC管程可描述如下：條件變量notfull、notempty分別對應(yīng)于緩沖池不全滿、緩沖池不全空兩個(gè)條件Typeproducer-consumer=monitor???變量定義；??????Procedureentryput(item)???Begin??????????????Ifcount>或=nthennotfull.wait;//等待緩沖池不全滿條件成立……投放數(shù)據(jù)??????????????Ifnotempty.queuethennotempty.signal;//緩沖池不全空條成立?????????????EndProcedureentryget(item)?????????Begin???????????Ifcount<或=0thennotempty.wait;//等待緩沖池不全空條件成立???????????……取數(shù)據(jù)???????????Ifnotfull.queuethennotfull.signal;//緩沖池不全滿條件成立????????End??Beginin:=out:=0;count:=0;end在利用管程解決生產(chǎn)者——消費(fèi)者問題時(shí)，其中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者可描述為：producer:begin?????????repeat???????????produceaniteminnextp;???????????PC.put(item);?????????Until?false;EndConsumer:beginRepeatPC.get(item);Consumetheiteminnextc;Untilfalse;End實(shí)例分析例一：生產(chǎn)圍棋的工人不小心把相等數(shù)量的黑子和白子混裝載一個(gè)箱子里，現(xiàn)要用自動(dòng)分揀系統(tǒng)把黑子和白子分開，該系統(tǒng)由兩個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程組成，功能如下：

（1）進(jìn)程A專門揀黑子，進(jìn)程B專門揀白子；

（2）每個(gè)進(jìn)程每次只揀一個(gè)子，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在揀子時(shí)不允許另一個(gè)進(jìn)程去揀子；由于進(jìn)程A和進(jìn)程B要互斥進(jìn)入箱子去揀棋子，箱子是兩個(gè)進(jìn)程的公有資源，所以設(shè)置一個(gè)信號(hào)量mutex，其值取決于公有資源的數(shù)目，由于箱子只有一個(gè)，mutex的初值就設(shè)為1。processA……P(mutex);

揀黑子；

V(mutex);

……processB

……P(mutex);

揀白子；

V(mutex);

……（3）當(dāng)一個(gè)進(jìn)程揀了一個(gè)棋子（黑子或白子）以后，必讓另一個(gè)進(jìn)程揀一個(gè)棋子（黑子或白子）。對于進(jìn)程A可設(shè)置一個(gè)私有信號(hào)量black，該私有信號(hào)量用于判斷進(jìn)程A是否能去揀黑子，初值為1。對于進(jìn)程B同樣設(shè)置一個(gè)私有信號(hào)量white，該私有信號(hào)量用于判斷進(jìn)程B是否能去揀白子，初值為0。當(dāng)然你也可以設(shè)置black初值為0，white初值為1。processA

……P(black);

揀黑子；

V(white);processB

……P(white);

揀白子；

V(black);……例二桌上有一空盤，允許存放一只水果。爸爸可向盤中放蘋果，也可向盤中放桔子，兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規(guī)定當(dāng)盤空時(shí)一次只能放一只水果供吃者取用，請用P、V原語實(shí)現(xiàn)爸爸、兒子、女兒三個(gè)并發(fā)進(jìn)程的同步。應(yīng)設(shè)置三個(gè)信號(hào)量plate、orange、apple，信號(hào)量plate表示盤子是否為空，其初值為l；信號(hào)量orange表示盤中是否有桔子，其初值為0；信號(hào)量apple表示盤中是否有蘋果，其初值為0。father()……??P(plate);將水果放入盤中;if（放入的是桔子）V(orange);

else?V(apple);

……son()

……

P(orange);

從盤中取出桔子;

V(plate);

吃桔子;

……daughter()

……

P(apple);

從盤中取出蘋果;

V(plate);

吃蘋果;

……例三設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，有兩條I/O通道，分別接一臺(tái)卡片輸入機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)?？ㄆ瑱C(jī)把一疊卡片逐一輸入到緩沖區(qū)B1中，加工處理后再搬到緩沖區(qū)B2中，并在打印機(jī)上打印，問：①系統(tǒng)要設(shè)幾個(gè)進(jìn)程來完成這個(gè)任務(wù)？各自的工作是什么？②這些進(jìn)程間有什么樣的相互制約關(guān)系？③用P、V操作寫出這些進(jìn)程的同步算法信號(hào)量含義及初值：B1full——緩沖區(qū)B1滿，初值為0；B1empty——緩沖區(qū)B1空，初值為1；B2full——緩沖區(qū)B2滿，初值為0；B2empty——緩沖區(qū)B2空，初值為1。P1進(jìn)程……P(B1empty)輸入信息寫入緩沖區(qū)B1V(B1full)P2進(jìn)程……P(B1full)V(B1empty)加工信息P(B2empty)結(jié)果送入B2V(B2full)P3進(jìn)程……P(B2full)從B2中取出信息V(B2empty)教課小結(jié)：預(yù)習(xí)要求：作業(yè)布置：P82第24、25題：

第8講（第8周）教學(xué)章節(jié)：2.4.2哲學(xué)家進(jìn)餐問題2.4.3讀者——寫者問題 2.5進(jìn)程通信教學(xué)目的及要求：重點(diǎn)、難點(diǎn)：(注：重點(diǎn)和難點(diǎn)如果一致，則寫在一起，若不同則應(yīng)分開寫)教學(xué)內(nèi)容：板書設(shè)計(jì)見PPT。(注：內(nèi)容每節(jié)課1-2頁為宜)復(fù)習(xí)引入：

2.4.2哲學(xué)家進(jìn)餐問題由Dijkstra提出并解決的哲學(xué)家進(jìn)餐問題也是一個(gè)經(jīng)典的同步問題。問題描述：五位哲學(xué)家以交替思考、進(jìn)餐的方式生活，他們坐在一張圓桌旁，桌子上有5個(gè)碗和5只筷子。當(dāng)一個(gè)哲學(xué)家思考時(shí)，他與相鄰的兩個(gè)哲學(xué)家不會(huì)相互影響；但當(dāng)他進(jìn)餐時(shí)，需同時(shí)獲得最靠近他的左右兩只筷子，若其中一只筷子被相鄰的哲學(xué)家拿走，他就必須等待，因此，他們相互制約。該問題中，哲學(xué)家爭用的臨界資源是筷子，因此需為每只筷子分別設(shè)置一初值為1的互斥信號(hào)量。第i位哲學(xué)家的活動(dòng)可描述為：repeatwait(chopstick[i]);//當(dāng)哲學(xué)家饑餓時(shí)，總是先拿左邊的筷子，再拿右邊的筷子。wait(chopstick[(i+1)mod5]);…eat;…signal(chopstick