操作系统(三)| 进程管理上 进程状态 同步 互斥

目录

1 进程和程序区别

2 进程状态

2.1 进程的5种基本状态

2.2 进程状态之间转换

2.3 七状态模型

3 进程描述

3.1 进程控制块 PCB

3.2 进程块组织方式

4 进程控制

5 进程同步 互斥

5.1 区分进程互斥和同步

5.2 核心方案

5.3 其他方案

方案1 设置锁变量

方案2 严格轮转法

方案3 Peterson解决方案

方案4 关中断

方案5 机器指令实现的互斥


简单概述

什么是进程? 是程序的1次执行(程序执行的1个实例) 每个进程有自己的地址空间。

为什么引入进程? 多任务的需要。在内存中同时有多个可执行的进程,以提高效率(特别是CPU的利用率)。

因此,需要对进程进行管理,以避免冲突: 借助于PCB,记录进程的描述和控制信息、上下文状态

1 进程和程序区别

进程是程序的1次执行。 进程(Process)和程序(Program)是两个不同的概念,它们在计算机科学中有明确的区别:

  1. 程序(Program)

    • 定义:程序是一组计算机指令的有序集合,这些指令被编写成一个文件,通常以可执行文件的形式存在。程序是静态的,它只是一段代码的集合,等待被执行。

    • 特点:程序包含了计算机程序员编写的源代码,它描述了一系列任务的算法和逻辑,但并没有实际执行。程序不占用计算机的内存空间,也不消耗计算机的CPU时间。

    • 例子:一个文本编辑器的程序文件、一个游戏的可执行文件、一个网页浏览器的应用程序等都是程序的例子。

  2. 进程(Process)

    • 定义:进程是计算机中正在运行的程序的实例。它是程序在内存中加载并执行时的活动状态,包括程序的代码、数据、执行状态、系统资源分配等。

    • 特点:进程是动态的,它占用计算机的内存空间,可以执行计算机指令,与其他进程并发运行。每个进程都有自己的独立内存空间,因此它们不会相互干扰。进程可以创建、启动、暂停、终止等。

    • 例子:当您运行一个文本编辑器、播放音乐、浏览网页或打印文档时,每个活动都对应一个独立的进程。

总结来说,程序是静态的、不执行的计算机指令集合,而进程是程序的运行实例,它占用计算机内存,执行指令,并与其他进程一起协同工作。进程是计算机操作系统中的核心概念,它使多任务处理成为可能.

可以将程序和进程比喻为烹饪的过程:

  1. 程序(Program)就像是一本菜谱。菜谱是一份详细的食物制作指南,它包含了食材清单、烹饪步骤和所需的厨具。但菜谱本身并不能做出美味的食物,它只是一份指导,等待着被厨师(计算机)读取和执行。就像您需要拿出菜谱并按照其中的步骤去做一道菜一样,计算机需要将程序加载到内存中并执行其中的指令。

  2. 进程(Process)就像是正在烹饪中的一道菜。当您选择一道菜谱并开始烹饪时,您实际上在制作一道具体的菜肴。这个菜肴有自己的成分、调味料和烹饪状态。它在火上烹煮、被切割、被摆盘等等。这个菜肴是实际被制作和提供给食客的,就像进程是正在计算机内存中运行和执行的程序实例。

所以,程序就像是一份指导,而进程是实际的动态执行。程序是静态的,而进程是具体的、可见的操作。

2 进程状态

2.1 进程的5种基本状态

(1)新建(new):进程正在被创建。 (2)就绪(ready):进程可运行,正等待获得处理机。 (3)运行(running):进程的指令正在被执行。 (4)阻塞(blocked)或等待:进程因等待某事件(如请求I/O)而暂停执行。 (5)完成(done):进程结束。

2.2 进程状态之间转换

2.3 七状态模型

引入挂起(即 进程此时在外存等待)

就绪(Ready):进程在内存且可立即进入运行状态 阻塞(Blocked):进程在内存并等待某事件的出现 阻塞挂起(Blocked, suspend):进程在外存并等待某事件的出现 就绪挂起(Ready, suspend):进程在外存,但只要进入内存,即可运行 运行 新建 完成

注意 挂起都在外存

挂起:把进程从内存转到外存

激活:把进程从外存转到内存

补充:

时间片是操作系统给程序分配的时间,保证一个进程不会一直占用CPU资源不释放造成混乱

3 进程描述

3.1 进程控制块 PCB

作用

1 是OS管理和控制进程的数据结构。

2 PCB记录着进程的描述信息。

每个进程对应1个PCB。

信息内容

(1)进程本身的标识信息

进程标识符pid(process ID):整数,由OS分配,唯一

用户标识符uid(user ID):创建该进程的用户

对应程序的地址:内存、外存

(2)CPU现场 - 为进程正确切换所需

所有寄存器的值

    或称进程上下文(context)

因为要切换走进程!所以要保护当前进程的上下内容,使得切换回来的时候可以继续正常执行

(3)进程调度信息

进程的状态

优先级

使进程阻塞的条件

占用CPU 、等待CPU的时间(用于动态调整优先级)

(4)进程占用资源的信息

进程间同步和通信机制,如信号量、消息队列指针

打开文件的信息,如文件描述符表

CPU现场 - 为进程正确切换所需

所有寄存器的值

或称进程上下文(context)

Linux的进程控制块:task_struct

进程创建时,由OS创建PCB;

进程终止时,由OS撤销PCB;

进程运行时,以PCB作为调度依据。

3.2 进程块组织方式

一般来说,系统把所有PCB组织在一起,并把它们放在内存的固定区域,构成PCB表。

PCB表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程个数。

同一状态进程的PCB组成一个链表,不同状态对应多个不同的链表,如就绪链表、阻塞链表

4 进程控制

基本概念

原语

创建、撤销进程以及完成进程各状态之间的转换,由具有特定功能的原语完成

原语 由若干指令构成的具有特定功能的函数

具有原子性,其操作具有不可分割性

如:

进程创建原语

进程撤销原语

阻塞原语

唤醒原语

挂起原语

激活(解挂)原语

改变进程优先级

5 进程同步 互斥

在执行时间上互相重叠(或交替),一个进程的执行尚未结束,另一个进程的执行已经开始的执行方式。

这样会有一个问题

因为资源共享的问题,结果会产生不确定性

为此,引入同步(synchronization)和互斥(mutual exclusion)。

临界资源 一次只允许一个进程独占访问(使用)资源 ,越小越好

临界区 进程中访问临界资源的的程序段

5.1 区分进程互斥和同步

互斥是指执行某个进程的时候访问某一临界资源的时候,另一个进程不能执行访问这一临界资源。

经典只有互斥问题:打印机打印

同步是指完成某一进程执行是有条件的,必须等另一个进程的某一资源结束才可以

经典只有同步的问题:售票员售票

既有互斥又有同步问题:消费者问题

5.2 核心方案

信号量

利用信号量P-V操作可以实现进程的互斥访问

利用信号量P-V 操作可以实现进程的同步访问

5.3 其他方案

实现互斥方案

一个好的互斥方案应满足以下条件:

(1)任何两个进程不能同时处于临界区。

(2)临界区外的进程不应阻止其他进程进入临界区。

(3)不应使进程在临界区外无休止地等待。就是说,临界区代码执行时间要短。

(4)不应对CPU的个数和进程之间的相对运行速度作任何假设。

方案1 设置锁变量

即设置一个共享变量lock

当lock=0的时候,临界区内无进程,初始值

当lock=1的时候,临界区内有进程

while(lock);
lock=1;
<临界区>
lock=0;
<非临界区>

可能的问题

1 会导致两个进程同时进入临界资源

比如进程1走到lock=1的时候,还没来得及上锁(修改lock的值为1)就被切换走了,这时候其他进程 就可以避免while也进入临界区

2 可能会存在盲等待 走到lock=0的时候,还没来得及解锁就被切换走了,这时候其他进程都进不来!

所以这种方案是错误的,不能达到效果

方案2 严格轮转法

设置共享变量turn,以指示进入临界区的进程号

以两个进程为例

turn=0的时候允许进程0进入临界区,初始值

turn=1的时候允许进程1进入临界区

进程0

while  (turn != 0);
<临界区>
turn = 1;
<非临界区> 

进程1

while  (turn != 1);
<临界区>
turn = 0;
<非临界区> 

本质互为锁

可能的问题

进程可能会被临界区之外的进程阻塞

方案3 Peterson解决方案

设置一个共享变量process,代表此时进入临界区的进程号

enter_region(process); //process是 进入/离开临界区的进程号
<临界区>
leave_region(process);
<非临界区>
​

当一个进程想进入临界区时,先调用enter_region函数,判断是否能安全进入,不能的话等待;当进程从临界区退出后,需调用leave_region函数,允许其它进程进入临界区。 两个函数的参数均为进程号

以两个进程为例子

#define  FALSE  0
#define  TRUE   1
#define   N        2 // 进程的个数
int  turn;         // 轮到谁?•
int  interested[N];    // 兴趣数组,表明第i个进程是否在临界区,所有元素初始值均为FALSE
void  enter_region (int  process)  // process为进程号 0 或 1•{•        
    int  other;  // 另外一个进程的进程号•        
    other  =  1  -  process;    •        
    interested[process]  =  TRUE; // 表明本进程进入临界区•       
    turn  =  process;             // 设置标志位•       
    while ( turn == process && interested[other] == TRUE);
}
void  leave_region (int  process)•{•      
    interested[process]  =  FALSE; // 本进程将离开临界区•}

方案4 关中断

由于进程在切换进程的时候 必须进行中断处理,既然如此的话

我们可以在一个程序进入临界区域之前,将中断功能给关闭,简称关中断!

关中断;
<临界区>;
开中断;
<非临界区>;

缺点

1 对多处理机系统无效,因为每个处理机有自己的中断开关

2 关中断权利交给用户不合适

方案5 机器指令实现的互斥

即保证某些内容他是直接互斥的

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/173206.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Mybatis Plus分页实现逻辑整理(结合芋道整合进行解析)

Mybatis Plus分页实现逻辑整理&#xff08;结合芋道整合进行解析&#xff09; 我希望如春天般的你&#xff0c;身着白色的婚纱&#xff0c;向我奔赴而来&#xff0c;我愿意用全世界最温情的目光&#xff0c;朝着你的方向望去——姗姗来迟。 1.背景介绍 https://baomidou.com/p…

selenium下载安装对应的chromedriver并执行

文章目录 selenium对应版本chrome驱动下载114以及之前的chrome版本119/120/121的chrome版本 chromedriver安装执行selenium代码 selenium Selenium是广泛使用的模拟浏览器运行的库&#xff0c;它是一个用于Web应用程序测试的工具。 Selenium测试直接运行在浏览器中&#xff0c…

【机器学习】033_反向传播

一、计算图、反向传播原理 1. 回顾前向传播 例&#xff1a;假设现在有一个神经网络&#xff0c;其仅有一个输出层和一个神经单元 定义 定义 &#xff0c;即激活函数对激活值不再做具体处理 定义平方损失函数 &#xff0c;计算a的值与真实值的差距 此时&#xff0c;通过计算…

032.Python面向对象_类补充_描述器

我 的 个 人 主 页&#xff1a;&#x1f449;&#x1f449; 失心疯的个人主页 &#x1f448;&#x1f448; 入 门 教 程 推 荐 &#xff1a;&#x1f449;&#x1f449; Python零基础入门教程合集 &#x1f448;&#x1f448; 虚 拟 环 境 搭 建 &#xff1a;&#x1f449;&…

java: 无效的目标发行版: 17 问题解决

今天在写完类点击运行后显示java: 无效的目标发行版: 17 网上查询了一番&#xff0c;发现有几个地方需要注意。 还有一个就是设置中&#xff0c;下面的就是我本次问题所在&#xff0c;不知道为什么&#xff0c;他自动添加了下面的东西 一个方法是把目标字节码版本改为正确的&a…

跳台阶游戏(Python排列组合函数itertools.combinations的应用)

给定台阶总数和两种单次可跳级数&#xff0c;编写自定义函数&#xff0c;计算所有的游戏组合方案数量。 (笔记模板由python脚本于2023年11月19日 19:18:48创建&#xff0c;本篇笔记适合熟悉python自定义函数编写&#xff0c;了解排列组合知识的coder翻阅) 【学习的细节是欢悦的…

mysql 查询

-- 多表查询select * from tb_dept,tb_emp; 内来链接 -- 内连接 -- A 查询员工的姓名 &#xff0c; 及所属的部门名称 &#xff08;隐式内连接实现&#xff09;select tb_emp.name,tb_dept.name from tb_emp,tb_dept where tb_emp.idtb_emp.id;-- 推荐使用select a.name,b.n…

VMware——WindowServer2012R2环境安装mysql5.7.14解压版_互为主从(图解版)

目录 一、服务器信息二、192.168.132.35服务器上安装mysql&#xff08;主&#xff09;2.1、环境变量配置2.2、安装2.2.1、修改配置文件内容2.2.2、初始化mysql并指定超级用户密码2.2.3、安装mysql服务2.2.4、启动mysql服务2.2.5、登录用户管理及密码修改2.2.6、开启远程访问 三…

电脑显示msvcp140_1.dll丢失的5个常用解决方法,亲测可修复

常见于计算机操作中的"msvcp140_1.dll丢失"错误警示&#xff0c;往往令部分应用程序无法正常启动。为了解决这个问题&#xff0c;我们需要采取一些措施来修复丢失的文件。本文将介绍6个解决msvcp140_1.dll丢失的方法&#xff0c;帮助大家快速恢复计算机的正常运行。 …

Week-T10 数据增强

文章目录 一、准备环境和数据1.环境2. 数据 二、数据增强&#xff08;增加数据集中样本的多样性&#xff09;三、将增强后的数据添加到模型中四、开始训练五、自定义增强函数六、一些增强函数 &#x1f368; 本文为&#x1f517;365天深度学习训练营 中的学习记录博客&#x1f…

我在CSDN开组会1-蒙特卡洛模拟在矿床学的应用展望

各位老师、同学们&#xff0c;大家好。今天组会的内容是蒙特卡洛模拟在矿床学的应用展望。 为什么要讲蒙特卡洛模拟呢&#xff0c;因为我发现在地质学方面已经有不少应用&#xff0c;但是蒙特卡洛模拟延伸的知识太晦涩了&#xff0c;劝退了很多探究者们。因此&#xff0c;计划…

Django批量插入数据及分页器

文章目录 一、批量插入数据二、分页1.分页器的思路2.用一个案例试试3.自定义分页器 一、批量插入数据 当我们需要大批量创建数据的时候&#xff0c;如果一条一条的去创建或许需要猴年马月 我们可以先试一试for循环试试 我们首先建立一个模型类来创建一个表 models.py&#xff…

有依次对应关系的数组X、Y、Z,如何排序其中一个X数组,使得另外的数组还与排序完成后的数组相对应(C语言实现)

1. 目的 有依次对应关系的数组X、Y、Z&#xff0c;排序其中一个X数组&#xff0c;使得另外的数组还与排序完成后的数组相对应&#xff0c;并打印出排序完成后的X、Y、Z数组。 2. 具体实现 以下面的这个对应关系为例&#xff0c;进行相应编程实现。 X [3.7,7.7,-6.6,1.5,-4.5…

腾讯云HAI域AI作画

目录 &#x1f433;前言&#xff1a; &#x1f680;了解高性能应用服务 HAI &#x1f47b;即插即用 轻松上手 &#x1f47b;横向对比 青出于蓝 &#x1f424;应用场景-AI作画 &#x1f424;应用场景-AI对话 &#x1f424;应用场景-算法研发 &#x1f680;使用HAI进行…

ChatGPT暂时停止开通plus,可能迎来封号高峰期

前言: 前两日,chat gpt的创始人 San Altman在网上发表了,由于注册的使用量超过了他们的承受能力,为了确保每个人的良好使用体验,chat gpt将暂时停止开通gpt plus。 情况: 前段时间好像出现了官网崩溃的情况,就连api key都受到了影响,所以现在就开始了暂时停止plus的注…

【数据结构】栈详解

目录 1. 前言2. 栈2.1 栈的概念及结构2.2 如何实现栈2.3 数组栈实现2.3.1 top怎么确定2.3.2 栈顶插入2.3.2.1 栈顶插入分析2.3.2.2 栈顶插入代码实现 2.3.3 栈顶删除2.3.4 判空2.3.4.1 分析2.3.4.2 代码实现 2.3.5 栈的元素个数2.3.6 栈销毁2.3.7 栈访问数据 3. 源代码3.1 Stac…

苍穹外卖—解决前端时间属性显示问题

项目场景&#xff1a; 点击员工管理 出现显示时间属性问题 输入员工姓名为zhangsan 现实的时间属性是数组类型 问题描述 提示&#xff1a;这里描述项目中遇到的问题&#xff1a; 例如&#xff1a;数据传输过程中数据不时出现丢失的情况&#xff0c;偶尔会丢失一部分数据 APP …

手把手带你在AutoDL上部署InternLM-Chat-7B Transformers

手把手带你在AutoDL上部署InternLM-Chat-7B Transformers 调用 项目地址&#xff1a;https://github.com/KMnO4-zx/self_llm.git 如果大家有其他模型想要部署教程&#xff0c;可以来仓库提交issue哦~ 也可以自己提交PR&#xff01; InternLM-Chat-7B Transformers 部署调用 环…

【代数学习题4.2】从零理解范数与迹 —— 求数域元素的范数与迹

从零理解范数与迹 —— 求数域元素的范数与迹 写在最前面题目解答 2. 范数 N N N思路求解过程python求解 3. 数域 K K K 的范数 N K N_K NK​思路求解过程Python求解分析解题步骤 4. 迹 T T T求解过程共轭元素计算迹 python求解分析解题步骤 5. 数域 K K K 的迹 T K T_K …

利用 React 和 Bootstrap 进行强大的前端开发

文章目录 介绍React 和 Bootstrap设置环境使用 Bootstrap 创建 React 组件React-Bootstrap 组件结论 介绍 创建响应式、交互式和外观引人入胜的 Web 界面是现代前端开发人员的基本技能。幸运的是&#xff0c;借助 React 和 Bootstrap 等工具的出现&#xff0c;制作这些 UI 变得…