复习材料|计算机操作系统（第四版）复习材料-第二章进程的描述与控制复习|计算机操作系统

计算机操作系统（第四版）复习材料-完全版
计算机操作系统（第四版）复习材料-第一章操作系统引论
计算机操作系统（第四版）复习材料-第二章进程的描述与控制
计算机操作系统（第四版）复习材料-第三章处理机调度与死锁
计算机操作系统（第四版）复习材料-第四章存储器管理
计算机操作系统（第四版）复习材料-第五章虚拟存储器
计算机操作系统（第四版）复习材料-第六章输入输出系统
计算机操作系统（第四版）复习材料-第七章文件管理
计算机操作系统（第四版）复习材料-第八章磁盘存储器的管理
计算机操作系统（第四版）复习材料-简述题

文章目录

第二章进程的描述与控制
- 现代OS中进程和线程的概念
- 前驱图和程序执行
- 进程的描述
- - 进程的定义
  - 进程的特征
  - 进程和程序的区别
  - 进程的状态模型
  - 如何区分阻塞Or挂起？
  - 进程控制块PCB
- 进程控制
- - 操作系统内核的功能
  - 进程的层次结构
  - 引起进程创建的事件
  - 进程创建流程
  - 引起进程结束的事件
  - 进程的终止过程
  - 进程的阻塞与唤醒
  - 进程的挂起与激活
- 线程相关
- 进程同步
- - 定义
  - 机制
  - 制约关系
  - 临界资源
  - 同步机制规则
  - 硬件机制
  - 信号量机制
  - 管程机制
- 经典进程同步的同步问题
- - 生产者消费者问题
  - 哲学家进餐问题
  - 读者写者问题
- 进程通信

第二章进程的描述与控制现代OS中进程和线程的概念进程：是资源分配的和独立运行的基本单位。
线程：是系统调度的基本单位。
前驱图和程序执行

前驱图
有向无循环图（DAG ）。描述一个程序的各部分（程序段或语句）间的依赖关系，或者是一个大的计算的各个子任务间的因果（前后）
关系。前趋图中的每个结点可以表示一条语句、一个程序段或一个进程，结点间的有向边表示两个结点之间存在的偏序关系或前趋关系“→ ”。没有前趋的结点称为初始结点，没有后继的结点称为终止结点。此外，每个结点还具有一个权值，用于表示该结点所含有的程序量或结点的执行时间。
程序顺序执行

顺序性
封闭性
可再现性

程序并发执行

异步性
失去封闭性
不可再现性

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进程的描述进程的定义
进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
扩：进程实体：程序段+数据段+PCB
进程的特征

动态性
并发性
独立性
异步性

进程和程序的区别
程序是指令的有序集合，是静态的，其存在是无生命周期的，而进程由程序段、数据段、PCB组成，是动态的，有生命周期的。
进程的状态模型

二状态模型
Running
Not-Running

三状态模型
Running
Ready
Block

五状态模型
Running
Ready
Block
New
Exit

七状态模型
Running
Ready
Block
Ready，Suspend
Block，Suspend
New
Exit

挂起需要用到Swapping技术；
如何区分阻塞Or挂起？

进程是否等待事件，阻塞与否
进程是否被换出内存，挂起与否

进程控制块PCB

定义：
是操作系统为了管理和控制进程的运行，而为每一个进程定义的一个数据结构，它记录了系统管理进程所需的全部信息。
位置：
常驻内存，存放在操作系统中专门开辟的PCB区内。
作用：
a. 作为独立运行基本单位的标志，进程存在的唯一标志，系统根据PCB而感知相关进程的存在。
b. 能实现间断性运行方式。保护现场
c. 提供进程管理所需要的信息
d. 提供进程调度所需要的信息
e. 实现与其他进程的同步和通信
内容：
a. 进程标识符
b. 处理机状态
c. 进程调度信息
d. 进程控制信息

进程控制操作系统内核的功能

支撑功能

中断处理
时钟管理
原语1操作

资源管理功能

进程管理
存储器管理
设备管理

进程的层次结构

子进程可继承父进程的所有资源
子进程撤销时要把资源归还给父进程
父进程撤销时也必须撤销所有子进程

引起进程创建的事件
【复习材料|计算机操作系统（第四版）复习材料-第二章进程的描述与控制】用户登录、作业调度、提供服务、应用请求
进程创建流程

为进程分配一个唯一标识号
为进程分配空间
初始化PCB
建立链接
建立或扩展其他数据结构

引起进程结束的事件
正常、异常、外界干预
进程的终止过程

根据PID找到PCB，读出该进程的状态
若该进程为执行状态，则终止其执行，调度新进程执行
若该进程有子孙进程，则立即终止其所有子孙进程
将该进程的全部资源，或归还其父进程，或归还系统
将被终止进程的PCB从所在队列中移出，等待其他程序来搜集信息

进程的阻塞与唤醒
阻塞是主动的，唤醒是被动的
进程的挂起与激活
挂起是由进程自己或其父进程调 Suspend 原语完成。激活是由父进程或用户进程请求激活指定进程，系统利用 Active 原语将指定进程激活。
线程相关

当引入线程后，线程是系统调度的基本单位，进程是资源分配的基本单位，而不再是一个可执行的实体。
进程与线程的存在方式

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进程与线程的比较

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进程同步定义
是指对多个相关进程在执行次序上进行协调，他的目的是使系统中诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
机制
硬件机制、信号量机制、管程机制
制约关系

直接制约关系（进程同步）
间接制约关系（进程互斥）

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临界资源
临界资源是一次只允许一个进程使用的资源，需要进程采用互斥方式访问；访问临界资源的那一段代码叫做临界区（CS区）。
同步机制规则

空闲让进
忙则等待
有限等待
让权等待

硬件机制

关中断
TS指令
Swap指令
不符让权等待（造成了忙等）

信号量机制

操作：P、V操作
原语：wait、signal（必须成对存在）
类别：资源信号量、互斥信号量
资源信号量：申请/归还资源，可以初始化为一个正整数（>=0 表示可用资源数 <0表示被阻塞的进程数）
互斥信号量：申请/释放使用权，常初始化为1
注意事项：两个wait操作相邻的话，顺序很重要！同步wait必须在互斥wait前面！wait，signal成对出现，当为互斥操作时，处于同一进程，否则不在同一进程；使用PV不当，会产生死锁；

管程机制

定义：一个数据结构和在该数据结构上能被并发进程所执行的一组操作，这组操作能使进程同步和改变管程中的数据。
管程规定每次只准许一个进程执行，从而实现了进程互斥，保证了管程共享变量的数据完整性。

经典进程同步的同步问题生产者消费者问题
资源信号量：full=0、empty=n（分别表示满缓冲区的数目、空缓冲区的数目）
互斥资源量：mutex=1
核心算法表示：

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哲学家进餐问题
互斥资源量：五个

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可能会出现死锁，改进如下：

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读者写者问题

读者优先：
共享变量：readcount，当前读者个数，初值为0
互斥信号量：Rmutex=1（读互斥）、Wmutex=1（写互斥）
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写者优先
共享变量：readcount，当前读者个数，初值为0
互斥信号量：Rmutex=1（读互斥）、Wmutex=1（写互斥）、S=1（读写互斥）

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