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计算机操作系统
第三章 进程管理
主讲 廖俊
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第三章 进程管理
进程的定义与控制
进程调度
进程间的相互作用
进程通信
线程
UNIX和Windows的进程和线程模型
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3.1 进程的引入
在早期计算机系统中，多道程序设计还未出现之前，程序是顺序执行的。多道程序设计出现后，操作系统可以实现多个进程的并发执行。
进程（process）一词在20世纪60年代初首先出现的MIT的MULTICS系统中。
进程是程序的一次执行，多个进程可以并发执行。
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3.1 进程的引入
程序的顺序执行和并发执行
程序的执行有两种方式：顺序执行和并发执行。顺序执行是单道批处理系统的执行方式，也用于简单的单片机系统；现在的操作系统多为并发执行，具有许多新的特征。引入并发执行的目的是为了提高资源利用率。
程序顺序执行：程序在计算机上严格按照写入的顺序执行。
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3.1 进程的引入
顺序执行的特征
顺序性：CPU严格按照程序结构所指定的次序执行，程序的每一步都必须在上一步执行后才能开始。
封闭性：独占全部资源，资源的状态只能由该程序本身改变，不受其它程序和外界因素影响。
可再现性：如果程序执行环境和初始条件相同，则其执行的结果相同。
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3.1 进程的引入
多道程序设计：把一个以上的程序放入内存中，并且同时处于运行状态，这些程序共享CPU和其它资源。特点如下：
多道：内存中有多道程序，它们在任一时刻必须处于就绪、运行、阻塞三种状态。
宏观上并行：从宏观上看，它们在同时执行。
微观上串行：从微观上看，它们在交替、穿插执行。
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3.1 进程的引入
多道程序设计优点：
CPU利用率高。
设备利用率高。
系统吞吐量大。
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3.1 进程的引入
并发执行的特征：
失去封闭性：共享资源，程序之间互相制约。
出现相互制约关系：虽然每个程序还是一个相对独立的实体，单由于程序的并发执行，使得一个程序的顺序执行要依赖于其他程序的执行结果，这样就形成了相互制约的关系。
间断性：程序之间的制约关系致使程序执行时间不连贯。
不可再现性：失去封闭性，也就失去了可再现性，程序执行的结果随速度、环境的不同而不同。
程序于计算的不一致
可见，并发和并行是不同的概念：并行是并发的特例，并发是并行的拓展。
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T1
begin
按乘客需要查找到Hi；
R1:＝Hi;
if R1=1 then
begin
R1:=R1-1;
Hi:=R1;
售出一张票;
end
else {提示‘票已售完’}；
end
T2
begin
按乘客需要查找到Hi；
R2:＝Hi;
if R2=1 then
begin
R2:=R2-1;
Hi:=R2;
售出一张票;
end
else {提示‘票已售完’}；
end
初始Hi=1时不同执行序列，结果各不相同
执行序列
1
2
程序
Hi:=R1
T2
R1:=R1-1
T2
结果
T1：售出一张票
T2：票已售完
Hi＝0
T2：售出一张票
T1：售出一张票
Hi＝－1
例子：观察者与报告者
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3.1 进程的引入
综上所述，由于程序的并发执行破坏了程序的封闭性和可再现性，使得程序和程序的执行不再一一对应，因此，程序这个静态的概念已经不能切实反映程序执行的各种特征。
于是，引入“进程”，能够反映程序执行的独立性、并发性和动态性等特征。
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3.2 进程定义与控制
进程定义
进程是程序的一次执行
进程是可以和别的计算并发执行的计算
进程是定义在一个数据结构上并能在其上进行操作的一个程序
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
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3.2 进程定义与控制
进程与程序的区别
进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合,属于静态的文本概念；进程是程序的一次执行。
进程是并发的，会相互制约，程序是顺序的。
进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。
进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。
进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
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3.2 进程定义与控制
进程：是程序的一次执行，该程序可与其它程序并发执行；它是一个动态实体，在传统的操作系统设计中，进程既是基本的分配单位，也是基本的执行单位。
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3.2 进程定义与控制
进程组成：有程序段、数据
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