第二章进程描述与控制.ppt
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1、第二章 进程描述与控制,Process Concept & Process Control,进程的基本概念 Process Concept,进程的引入 进程的定义和特征 进程的基本状态及其转换 具有挂起功能的进程状态及其转换,进程的引入,多道程序系统的特点是并行性。为了充分利用系统资源,在主存中同时存放多道作业运行,所以各作业之间是并行的 各程序由于同时存在于主存中,它们之间必定会存在相互依赖,相互制约的关系。 (间接制约关系、直接制约关系) 在多道程序系统所带来的复杂环境中,程序具有了并行、制约、动态的特性,原来的程序概念,难以刻画系统中的情况。 程序本身完全是静态的概念 程序概念也反映不了
2、系统中的并行特性,1、程序的顺序执行,一个较大的程序通常都是由若干个程序段组成。在程序执行时,必须按照某种先后次序逐个执行,仅当前一操作执行完后,才能执行后继操作。 例如:在进行计算时,总是先输入用户的程序和数据,然后才能计算,计算完成后再将结果打印出来。,程序顺序执行时的前驱图,对于一个程序段中的多条语句来说,也有一个执行顺序的问题。如果对于下述三条语句的程序段: S1: axy S2: ba5 S3: Cb1 (其中S2必须在a被赋值以后才能执行;同样S3也只能在b被赋值 以后才能执行),2、 程序顺序执行时的特征,顺序性 处理机的操作,严格按照程序所规定的顺序执行,即只有前一操作结束后,
3、才能执行后继操作。 封闭性(失去交换性) 程序是在封闭的环境下运行的。即程序在运行时,它独占全机资源,因而机内各资源的状态(除初始状态外),只有程序才能改变它。程序一旦开始运行,其执行结果不受外界因素的影响。 可再现性 只要程序执行时的环境和初始条件都相同,不论它是从头到尾的不停顿的执行,还是“走走停停”地执行,都将获得相同的结果。,3. 多道程序的并发执行,计算机能够同时处理多个具有独立功能的程序(批处理系统,分时系统、实时系统、网络与分布式系统)。这样的执行环境具有三个特点: 独立性 随机性 资源共享 硬件资源:CPU、输入输出设备,存储器 软件资源:各种例行程序、各种共享的数据 多道程序
4、环境下执行程序的道数计算机系统中CPU的个数 单CPU中,则由N1道程序处在等待CPU的状态 输入输出设备有限将导致这些设备被共享、内存有限将导致内存被共享,程序并发执行可分为两种:,多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行 由于资源有限,多道程序的并发执行总是伴随着资源的共享与竞争,制约了各道程序的执行速度。 在某道程序段中,包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码 例如:read(a); read(b); 既可以同时执行,也可以颠倒次序执行,同时执行不会改变顺序程序所具有的逻辑行为,可采用并发执行来充分利用资源。,程序并发执行,一组逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程
5、中,其执行时间在客观上相互重叠,即一个程序段的执行尚未结束,另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。,程序的并发执行,程序并发执行时的前驱图,4.程序并发执行时的特征,间断性 程序在并发执行时,由于它们共享资源或为完成某一项任务而合作,致使在并发程序之间存在相互制约的关系。(I、C、P是三个相互合作的程序,当计算程序完成Ci1的计算后,如果输入程序I尚未完成对Ii的处理,则计算程序无法进行Ci处理,致使计算程序在停运行。) 失去封闭性 程序在并发执行时,是多个程序共享系统中的各种资源,因而这些资源的状态将由多个程序来改变,致使程序的运行失去了封闭性。,4.程序并发执行时的特征(续),不可再现
6、性 程序在并发执行时,由于失去了封闭性,也导致失去了可再现性。 例如:有两个循环程序A和B,它们共享一个变量N。程序A每执行一次时都要做NN1操作;程序B每执行一次时,都要做print(N)操作,然后再将N置成“0”,程序A和B以不同的速度运行。(假定某时刻变量N的值为k) (1)NN1在print(N)和N0之前,此时得到的N值分别为 (2)NN1在print(N)和N0之后,此时得到的N值分别为 (3)NN1在 print(N)和N0之间,此时得到的N值分别为,k1,k1,0 k, 0, 1 k, k1, 0,5.程序并发执行的条件,1966年,Bernstein(伯恩斯坦)提出了相邻语句
7、P1,P2可以并发执行的条件。 如果并发执行的各程序段中语句或指令满足Bernstein的条件,则认为并发执行不会对执行结果的封闭性和可再现性产生影响。,定义程序读集与写集符号,R(Pi)=a1,a2,am 表示程序Pi在执行期间需引用的变量的集合,称Pi的读集; W(Pi)=b1,b2,bm 表示程序Pi在执行期间需改变的变量的集合,称Pi的写集; 若有两条语名P1: c=a+b; P2:x=x+1; 则它们的读集与写为: R(P1)= a, b W(P1)= c R(P2)= x W(P2)= x P1的读集与写集的交集为空;P2的读集与写集的交集非空; R(P1)W(P1)= R(P2)
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