大工20秋《操作系统》辅导资料三

Andy老师

操作系统辅导资料三主    题：第三章的辅导资料（一）
学习时间：2020年10月12日--10月18日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
担使命，就是要牢记我们党肩负的实现中华民族伟大复兴的历史使命，勇于担当负责，积极主动作为，用科学的理念、长远的眼光、务实的作风谋划事业；保持斗争精神，敢于直面风险挑战，知重负重、攻坚克难，以坚忍不拔的意志和无私无畏的勇气战胜前进道路上的一切艰难险阻；在实践历练中增长经验智慧，在经风雨、见世面中壮筋骨、长才干。
摘选自《在“不忘初心、牢记使命”主题教育工作会议上的讲话》内    容：第三章
这周我们将学习课件第三章进程管理（程序的执行及特征，、进程的概念）。本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：
1．了解进程的定义
2. 掌握进程的控制
3. 掌握进程的互斥与同步
4. 了解线程的定义
5. 能够区分进程与线程
重点掌握内容：
1．重点：进程的概念，进程与程序区别，进程的状态及其转换，进程的互斥与同步，线程。
2．难点：进程的状态及其转换，进程的互斥与同步。程序的执行与特征
        课前辅导：
程序的顺序执行及特征是什么？
程序的并行执行及特征是什么？程序是一个按照严格次序执行的操作序列。
各程序段必须按照某种次序顺序执行。
/
程序顺序执行时的特征
（1）顺序性：处理机严格按照程序规定的顺序执行，即后一个操作必须在前一个操作结束后才能开始
(2) 封闭性：程序在封闭环境下执行，即正在执行的程序独占全机资源，资源的状态只受本程序控制，程序一旦开始执行，其执行结果就不受外界因素影响。  
(3) 可再现性：只要程序的执行环境和初始条件相同，则程序无论按照什么方法重复执行，无论是走走停停还是一气呵成，都具有相同的执行结果  前趋图
前趋图DAG是一个有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系。
Pi→Pj，称Pi是Pj的直接前趋，而称Pj是Pi的直接后继。       
在前趋图中，把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node)
把没有后继的结点称为终止结点(Final Node)。
/例题：
P1→P2    P1→P3   P1→P4    P2→P5   P3→P5    P4→P6
P4→P7    P5→P8   P6→P8    P7→P9   P8→P9
画出前驱图
/S1→S2    S2→S3   S3→S2   
/
注意：前驱图不能带有循环
2 程序并发执行及其特征
同一作业的输入、计算、输出必须顺序执行，但不同作业的输入、计算、输出之间却没有先后顺序关系。对一批作业进行处理时，可以让它们并发执行，以提高效率。?输入程序完成第一个作业的输入后，在使用计算程序对第一个作业进行计算的同时，由输入程序输入第二个作业；在使用输出程序输出第一个作业的计算结果的同时，分别由计算程序对第二个作业进行计算和由输入程序输入第三个作业……。
/
可以明显看出，对同一个作业而言，输入（I）、计算（C）、输出（O）必须顺序执行，即存在Ii→Ci→Oi顺序关系，但不同作业的输出、计算、输入可以并发执行，即Ii＋２、C i＋1、Oi在宏观上可以同时执行。
一个程序段中的多条语句，有时也可以并发执行。若某个程序段包含以下几条语句：
      S1：a=x+5;
      S2：b=3*y;
      S3：c=a-b-5;
      S4：d=20+c;显然，S3依赖S1和S2的执行结果，因此S3必须在S1和S2执行完成后才能执行；但S1与S2之间却没有相互依赖关系，因此可以并发执行。这段程序中语句的执行顺序可用图2-3表示。程序并发执行时的特征：
（1）间断性
（2）失去封闭性
（3）不可再现性  例如，有两个循环程序A和B，它们共享了一个变量n；程序A每执行一次，都要进行n++操作；程序B每执行一次，都要进行cout<<n操作，然后再将n置0；若程序A、B以不同的速度运行，且n的当前值是d，则有可能出现以下几种情况：
① n++操作发生在cout<<n和n=0操作之前，此时得到的n值分别是d+1、d+1、0
② n++操作发生在cout<<n和n=0操作之后，此时得到的n值分别是d、0、1
③ n++操作发生在cout<<n和n=0操作之间，此时得到的n值分别是d、d+1、0  进程的概念（一）
课件问题：
什么是进程？
进程具备什么特征？
进程与程序的区别在哪？1. 进程的定义和基本特征
进程是程序在某个数据集合上的一次并发执行过程。要使程序能够并发执行，需要为它配置相应的控制结构，即进程控制块（PCB）。程序、相关的数据以及进程控制块（PCB）三部分组合在一起，就构成了可以独立运行的实体——进程实体。在早期的版本中，把这三部分称为“进程映像”，进程实体的运行过程就是进程。
在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。
进程具有的特征：
     （1）动态性
     （2）并发性
     （3）独立性
     （4）异步性
     （5）共享性进程与程序区别：
（1）进程是进程实体的一次执行过程，是动态概念；程序是一组有序的代码，不一定非要执行，是静态概念。
（2）进程能够并发执行，程序只能顺序执行。
（3）进程有生命期，它只在计算机运行期间才有可能存在；程序可以在外存上长期保存。
（4）进程（进程实体）由程序、相关的数据以及进程控制块（PCB）三部分组成；程序只是进程实体中的可执行代码部分。
注意：进程与程序之间并不总是一一对应，可以为一个程序创建多个进程。例如，操作系统可以为一个应用程序创建一个输入进程，一个计算进程，一个输出进程，再使这几个进程并发执行，以提高运行效率。进程的概念（二）
课前问题：
什么是进程控制块？
进程控制块的组织方式是什么？操作系统为每个进程定义了一个专门的数据结构——进程控制块（PCB）
进程控制块（PCB）构成了进程实体的一部分，记录了操作系统所需的，用于描述进程状态和控制进程运行的全部信息。
操作系统为程序创建一个进程实际上是为它建立一个PCB；操作系统撤消进程实际上是回收分配给该进程的PCB。由于操作系统要经常访问进程的PCB，所以PCB应常驻内存。
/
在进程的整个生命期内，操作系统总是通过PCB来感知进程的存在并实施管理，以至于可以说PCB是进程存在的唯一标志。正是借助PCB，操作系统才能对并发进程进行有效管理和控制。进程控制块的组织方式
进程队列：操作系统通常将处于相同状态的所有进程的PCB组织在一个数据结构中
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两种常用进程队列组织方式
        /
（1）链接方式
通过PCB中的链接指针将具有相同状态的PCB链接成一个队列。可采用单向链接或双向链接。单向链接中，每个PCB中只设置一个链接指针；双向链接中，每个PCB中要设置两个链接指针，一个指向当前PCB的前一个PCB，另一个指向当前PCB的后一个PCB。
       由于不同状态的PCB可以链接成不同的队列，于是就形成了三种队列：运行、就绪、阻塞（或等待）队列。
在单处理机系统中，运行队列只有一个进程（PCB）。就绪队列可以按照进程的优先级或FIFO（先进先出）的原则排队，也可以按照优先级的高低分成几个就绪队列。阻塞（或等待）队列一般有多个，对应进程处于不同的等待状态，如等待输入/输出完成、等待分配内存等。另外，操作系统将空闲的PCB也链接成一个空闲队列。
/
（2）索引方式
操作系统在内存中为具有相同状态的PCB建立相应的索引表，同状态的每个PCB在该表中对应一个索引项，记录了该PCB在内存中的首地址，并将索引表在内存中的首地址记录在内核专门的指针单元中。系统通常建立了一个就绪索引表，一个或几个阻塞阻塞（或等待）索引表，一个空闲索引表。
/进程的概念（三）
课前问题：
进程的基本状态都是什么？
进程的基本转换都有哪些？
引入挂起功能后有何变化？进程的基本状态：
（1）运行（执行）状态。
（2）就绪状态。
（3）阻塞状态，又称等待状态或睡眠状态。/基本状态增加创建状态和终止状态：
（1）创建状态：进程被创建时的状态
（2）终止状态：进程完成任务正常到达结束点，或因出现无法克服的错误而异常终止，或被操作系统或有终止权的进程终止所处的状态。
/挂起状态：所谓“挂起”指把一个进程暂时从内存转移到外存。
挂起状态又称为静止状态，而非挂起状态可称为活动状态。        
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重要考点
一、名词解释汇总
1.前趋图：DAG是一个有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系。
2.进程实体：程序、相关的数据以及进程控制块（PCB）三部分组合在一起，就构成了可以独立运行的实体，即进程实体。
3.进程：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
4.进程控制块：用于描述进程状态和控制进程运行的全部信息。
5.进程队列：操作系统通常将处于相同状态的所有进程的PCB组织在一个数据结构中。
6.挂起：指把一个进程暂时从内存转移到外存。二、单项选择题
1. 常用的进程的控制原语有:建立进程原语、撤销进程、挂起进程等，其中建立进程原语是（）。
A.Create
B.Suspend
C.Resume
D.Destroy
答： A
分析：A选项是建立进程原语，B选项是挂起进程原语，C选项是解除挂起进程原语，D原语是撤销进程原语。2.以下不属于进程基本特征的是（）。
A.进程是具有特定功能的一组指令的有序集合
B.进程具有动态性
C.进程具有三种基本状态，即运行状态、就绪状态、等待状态
D.多个不同的进程可以包含相同的程序
答： A
分析：A选项是程序的定义，其余选项都与进程有关。三、多项选择题
1. 下面所述步骤中，（）是创建进程所必需的。   
A.由调度程序为进程分配CPU    B．建立一个进程控制块
C．为进程分配内存    D．将进程控制块链入就绪队列
答： BCD
分析：分配CPU是进程在等待过程之后才能发生的事件。本内容由易百教育整理发布
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