操作系统课件：Lecture4 进程描述与状态.ppt

操作系统中的进程描述与状态 操作系统的核心概念之一是进程，它是对正在运行的程序的一个抽象。在多道程序设计系统中，CPU会在多个进程中切换，这称为进程管理，是处理机管理的重要组成部分。引入进程概念的主要原因是提高系统资源的利用率，通过并发执行多个程序来提升效率。 1. **进程的引入**： 在单道程序执行模式下，程序是顺序执行的，即一个操作完成后才会执行下一个操作。然而，这种执行方式导致资源独占，系统效率低下。为解决这个问题，引入了多道程序设计，使得在同一时刻内存中可以同时存放多个作业，处理器在它们之间交替运行，从而提高了系统的效率和资源利用率。 2. **进程的特性**： - **并发性**：多个程序在宏观上看是同时运行，但在微观层面上是交替执行，即并发执行。 - **资源共享**：并发执行的程序共享系统资源，导致封闭性丧失，程序执行的结果受其他程序影响。 - **制约性**：由于资源的共享和相互依赖，程序之间存在制约关系。 - **间断性**：进程执行不是连续的，CPU会在不同进程间切换，导致执行的不连贯性。 - **不可再现性**：由于上述特性，程序执行的结果可能因执行顺序和时间而异，变得不可预测。 3. **进程状态**： 进程在其生命周期中通常经历以下几个状态：新建（New）、就绪（Ready）、运行（Running）、等待（Blocked）和终止（Terminated）。进程在这些状态间转换，如： - **新建**：进程创建，分配必要的资源。 - **就绪**：进程已准备就绪，等待CPU分配执行时间。 - **运行**：进程正在CPU上执行。 - **等待**：进程因等待某些事件（如I/O操作完成）而暂停执行。 - **终止**：进程执行结束，释放资源。 4. **进程的表示**： 操作系统使用数据结构（如PCB，进程控制块）来描述和控制进程，包含如进程ID、程序计数器、寄存器值、内存状态等信息。 5. **进程的创建与销毁**： 创建进程涉及分配必要的资源，设置PCB，并将进程放入合适的队列。当进程完成其任务或因异常等原因需要终止时，操作系统会回收其资源并从系统中移除该进程。 6. **状态转换**： - 新建到就绪：进程被创建后，进入就绪状态等待执行。 - 就绪到运行：调度器选择就绪进程并分配CPU。 - 运行到就绪/等待：运行中的进程可能因需等待I/O或其他事件而变为就绪或等待状态。 - 等待到就绪：等待的事件发生后，进程变为就绪状态，等待CPU。 - 运行到终止：进程执行完毕或遇到异常，操作系统终止进程。 7. **并发执行的问题与解决方案**： 并发执行带来了一些问题，如竞争条件、死锁等。为解决这些问题，操作系统采用同步机制（如信号量、管程、事件等）来控制进程间的协作，确保正确性和一致性。 8. **分时系统**： 分时系统是一种多用户交互式操作系统，每个用户都可以在短时间内获得CPU的使用权，给人以同时运行的感觉。进程的并发执行在分时系统中尤为重要，它使得多个用户可以并发地进行交互操作。 进程是操作系统中不可或缺的概念，它描述了程序在并发环境下的运行状态和行为。理解和掌握进程的表示、创建、状态转换以及并发执行的特性对于深入理解操作系统的工作原理至关重要。