软考高级系统架构设计师(三) 基础知识之操作系统1进程

目录

概要

 操作系统 概述

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进程管理

进程的状态

 进程管理-PV操作

利用PV操作实现进程的同步

 进程管理-前趋图

 进程管理-死锁

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概要

 操作系统 概述

操作系统的功能： 进程管理、存储管理、文件管理、作业管理、设备管理

操作系统的特征

• 并发性
• 共享性
• 虚拟性
• 不确定性

 

进程管理

1. 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
2. 进程的组成

• 进程控制块PCB（唯一标志）
• 程序：描述进程要做什么
• 数据：存放进程执行时所需数据

  

     3. 进程与程序的区别：

• 进程是程序的一次执行过程，没有程序就没有进程
• 程序是完成某个特定功能的一系列程序语句的集合，只要不被破坏，它就永远存在
• 程序是一个静态的概念，而进程是一个动态的概念，它由创建而产生，完成任务后因撤销而消亡
• 进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，而程序不是 

进程与线程：

进程的2个基本属性：

1）可拥有资源的独立单位；

2）可独立调度和分配资源的基本单位；

ps: 线程 只能独立调度， 不分配资源

 

线程不共享： 程序计数器、栈、寄存器 

PCB

 

PCB组织方式：线性方式、链接方式、索引方式

进程的状态

三态图：

                   运行       就绪      阻塞

CPU           YES       NO       NO

非CPU        YES       YES     NO

阻塞： 不能直接到「运行」

 五态图：

 挂起： 程序调度、异常等

「活跃就绪」： 只有此状态，可以到「运行」

「活跃阻塞」： 要经过「静止阻塞」「静止就绪」「活跃就绪」，才能到「运行」

 进程管理-PV操作

信号量机制

1965年，荷兰学者Dijkstra提出的信号量机制是一种卓有成效的进程同步与互斥的工具。

信号量是一个整型变量，根据控制对象的不同赋不同的值。

PV操作是实现进程同步与互斥的常用方法。进程的同步与互斥是学习 PV 操作的前提。

同步和互斥往往在实际问题中共存，而不是反义词。

同步的反义词是异步。

互斥的反义词是共享。

互斥：某资源（即临界资源，如打印机、缓冲区。进程间接制约关系）在同一时间内只能由一个任务单独使用，使用时需要加锁，使用完后解锁才能被其他任务使用；

同步：多个任务可以并发执行，只不过有速度上的差异，在一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题；如自行车和汽车。 进程直接制约关系

P操作：【申请资源，S=S-1】,若S>=0,则执行P操作的进程继续执行；若S<0,表示资源不足，去排队，则置该进程为阻塞状态（因为无可用资源），并将其插入阻塞队列。

V操作：【释放资源，S=S+1】,若S>0,则执行V操作的进程继续执行；若S<=0,表示有进程在排队，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列（此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执行），然后执行v操作的进程继续。

 注意： 临界区，是一段代码；

S表示资源情况、负值等待的进程数。 S=S-1表示申请资源；S=S+1表示释放资源

互斥信号量：对临界资源采用互斥访问，使用互斥信号量后其他进程无法访问，初值为1.

同步信号量：对共享资源的访问控制，初值一般是共享资源的数量。

利用PV操作实现进程的同步

进程的同步是由于进程间合作引起的相互制约的问题，要实现进程的同步可用一个信号量与消息联系起来。

同步问题的经典例子是生产者-消费者问题。

 

 练习题：

 进程管理-前趋图

 ps: 依赖关系。只有A,B,C都完成了，才能开始D。 D完成了，才能开始E.

PS: 前置动作用V， 后置检查用P

练习题：

 

 练习题：

 ps: 直接制约关系，是先后顺序的影响

练习题：

 进程管理-死锁

死锁： 一个进程等待一件不可能发生的事，进程就死锁了。

死锁的4个必要条件：

互斥条件：进程对分配到的资源进行排他使用，即在一段时间内某资源只能被一个进程占用，其他请求该资源的进程进行等待，直到该资源释放。

请求和保持条件：一个进程因为请求资源而阻塞等待时，对自己已经获得的资源保持不放。

不可抢占(剥夺)条件：进程已经获得的资源，在未使用完之前不能被强行剥夺。

循环等待条件：若干进程之间形成一种环形的等待资源关系。
 

 

练习题：

 S < 5： 一定死锁

如果A,B,C每个都有4个资源，再多给1个资源，则不会死锁。 所以：

S= [5,12]可能死锁，可能不死锁

s>13，一定不会死锁。

如果有m个进程，都需要n个资源，

则 不可能发生死锁： S > m *(n-1) + 1