第3章 進(jìn)程管理

第3章進(jìn)程管理3.1進(jìn)程的引入3.2進(jìn)程的結(jié)構(gòu)3.3進(jìn)程控制3.4進(jìn)程的同步與互斥3.5進(jìn)程間通信3.6進(jìn)程調(diào)度3.7死鎖3.8線程3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.1進(jìn)程的引入3.1.1順序程序與并發(fā)程序1.順序程序

是指嚴(yán)格按照寫入的順序執(zhí)行的程序。順序程序執(zhí)行時(shí)具有以下特征：順序性。封閉性。可再現(xiàn)性。3/8/2023第3章進(jìn)程管理2.并發(fā)程序

并發(fā)程序是指兩道或兩道以上程序同時(shí)裝入內(nèi)存中運(yùn)行，這些程序的執(zhí)行在時(shí)間上互相有重疊，即在一個(gè)程序執(zhí)行結(jié)束之前，另一個(gè)程序已經(jīng)開始執(zhí)行。并發(fā)程序具有以下與順序程序不同的特征：間斷性失去封閉性程序結(jié)果的不可再現(xiàn)性

3/8/2023第3章進(jìn)程管理綜上所述，可見在多道程序工作環(huán)境下，一個(gè)程序活動不再能獨(dú)占系統(tǒng)資源，因此也就不再能單獨(dú)決定這些資源的狀態(tài)。程序和計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的活動之間也不再有一一對應(yīng)關(guān)系?？傊?，程序活動不再處于一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，而是和其它程序活動之間存在著相互依賴和制約的關(guān)系，因而呈現(xiàn)出并發(fā)、動態(tài)以及相互制約這些新的特征。在這種情況下，程序這個(gè)靜態(tài)的概念已經(jīng)不能如實(shí)地反映多道系統(tǒng)中程序的并發(fā)活動，故引入了進(jìn)程的概念來描述系統(tǒng)和用戶的程序活動。

引入進(jìn)程原因總結(jié)3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.1.2進(jìn)程的定義與特性1、定義：進(jìn)程是指可并發(fā)執(zhí)行的程序，在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行過程。2、特征：動態(tài)性：進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程。并發(fā)性：進(jìn)程使程序能并發(fā)執(zhí)行。異步性：進(jìn)程以各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)獨(dú)立性：進(jìn)程是獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，也是系統(tǒng)資源分配與調(diào)度的獨(dú)立單位。結(jié)構(gòu)性：進(jìn)程包括可執(zhí)行的程序代碼、程序的數(shù)據(jù)和堆棧、程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針、有關(guān)寄存器、以及所有運(yùn)行程序所必須的其它信息。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.1.3進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換

就緒態(tài)。進(jìn)程已經(jīng)具備了運(yùn)行的所有條件，一旦分配到CPU就立即可以執(zhí)行，而這時(shí)CPU正被其他進(jìn)程占用，因此暫時(shí)不能執(zhí)行。系統(tǒng)中處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程一般有多個(gè)，通常將這些進(jìn)程組織成一個(gè)隊(duì)列，稱為就緒隊(duì)列。當(dāng)CPU空閑時(shí)，從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行。運(yùn)行態(tài)。進(jìn)程已獲得CPU，正在執(zhí)行。在單處理機(jī)系統(tǒng)中，處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程只有一個(gè)，而在多處理機(jī)系統(tǒng)中，有多個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)。阻塞態(tài)。也稱為等待狀態(tài)或睡眠狀態(tài)，指正在執(zhí)行的進(jìn)程由于等待I/O或某個(gè)事件的完成，暫時(shí)不能運(yùn)行，這時(shí)便放棄CPU處于暫停狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程阻塞的不同原因，把進(jìn)程組織成多個(gè)隊(duì)列，稱為阻塞隊(duì)列。1、基本狀態(tài)：3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、狀態(tài)的轉(zhuǎn)換3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.1.4進(jìn)程與程序的關(guān)系●動態(tài)性和靜態(tài)性。進(jìn)程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的?！衽R時(shí)性和永久性。進(jìn)程是臨時(shí)的，程序是永久的；進(jìn)程是一個(gè)狀態(tài)變化的過程，而程序可長久保存?！癫l(fā)性與順序性?！窠M成上的不同。進(jìn)程與程序的組成不同：進(jìn)程的組成包括程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（PCB）?！穸鄬σ坏年P(guān)系。通過多次執(zhí)行，一個(gè)程序可對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；但一個(gè)進(jìn)程只能對應(yīng)一個(gè)程序。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.2進(jìn)程的結(jié)構(gòu)3.2.1進(jìn)程的實(shí)體在操作系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程是通過其物理實(shí)體被感知的，進(jìn)程的物理實(shí)體又稱為進(jìn)程的靜態(tài)描述。進(jìn)程的靜態(tài)描述由三部分組成：

●程序：描述了進(jìn)程所要完成的功能；

●數(shù)據(jù)：進(jìn)程運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)和工作區(qū)；

●進(jìn)程控制塊(PCB)：它包含了進(jìn)程的描述信息、控制信息和資源信息，是進(jìn)程動態(tài)特性的集中反映，是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志；

3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.2.2PCB的內(nèi)容1、進(jìn)程描述信息：進(jìn)程標(biāo)識符(processID)，唯一，通常是一個(gè)整數(shù)進(jìn)程名，通常基于可執(zhí)行文件名（不唯一）用戶標(biāo)識符(userID)；進(jìn)程組關(guān)系2、進(jìn)程控制信息：當(dāng)前狀態(tài)優(yōu)先級(priority)代碼執(zhí)行入口地址程序的外存地址運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息（執(zhí)行時(shí)間、頁面調(diào)度）進(jìn)程間同步和通信；阻塞原因3/8/2023第3章進(jìn)程管理進(jìn)程的隊(duì)列指針進(jìn)程的消息隊(duì)列指針3、所擁有的資源和使用情況：虛擬地址空間的現(xiàn)狀打開文件列表4、CPU現(xiàn)場保護(hù)信息：寄存器值（通用、程序計(jì)數(shù)器PC、狀態(tài)PSW，地址包括棧指針）指向賦予該進(jìn)程的段/頁表的指針3/8/2023第3章進(jìn)程管理1、鏈接結(jié)構(gòu)3.2.4PCB的組織3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、索引結(jié)構(gòu)

索引表就緒隊(duì)列等待隊(duì)列1等待隊(duì)列2PCB1PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7…PCBnPCB表3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.3進(jìn)程控制

操作系統(tǒng)使用系統(tǒng)原語(primitive)控制進(jìn)程狀態(tài)改變，原語被認(rèn)為是機(jī)器語言的延伸，是完成特定任務(wù)的一段內(nèi)核基本代碼。它具有原子操作性(atomicoperate)，原子操作為一不可分的操作，它是通過中斷屏蔽來實(shí)現(xiàn)的。用戶不能直接使用，需通過特殊的系統(tǒng)調(diào)用來使用原語。

3.3.1進(jìn)程創(chuàng)建與撤消

1.引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件3/8/2023第3章進(jìn)程管理2.進(jìn)程的創(chuàng)建創(chuàng)建過程如下：(1)申請空白PCB。創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程實(shí)際上是創(chuàng)建一個(gè)PCB，因此，進(jìn)程創(chuàng)建原語的一個(gè)主要工作就是為進(jìn)程建立一個(gè)PCB，并填入相應(yīng)的初始值。創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程時(shí)，首先要根據(jù)進(jìn)程名查找PCB表，若已有此同名進(jìn)程存在，則返回出錯(cuò)信息；否則從PCB表中分配一空閑PCB，并為新進(jìn)程分配一個(gè)惟一的進(jìn)程標(biāo)識符。(2)為新進(jìn)程分配資源。為新進(jìn)程的程序段、數(shù)據(jù)段和用戶堆棧分配必要的內(nèi)存空間，以及其他各種資源。然后，從外存中把程序段和數(shù)據(jù)段裝入到分配給該進(jìn)程的內(nèi)存地址空間中。(3)初始化PCB。根據(jù)系統(tǒng)或父進(jìn)程提供的參數(shù)，將申請到的PCB表項(xiàng)進(jìn)行初始化，即給PCB中的各項(xiàng)信息賦予初值。(4)將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列。將已初始化的PCB加入到就緒隊(duì)列中。3/8/2023第3章進(jìn)程管理

1.進(jìn)程的阻塞處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程，如果要等待某事件的發(fā)生，如等待資源、等待I/O完成等，無法繼續(xù)執(zhí)行，這時(shí)進(jìn)程自己調(diào)用阻塞原語，把自己變成阻塞狀態(tài)。具體操作過程如下(1)停止進(jìn)程執(zhí)行，把CPU現(xiàn)場信息保存到該進(jìn)程的PCB的相應(yīng)表目中。(2)修改PCB的有關(guān)表目內(nèi)容，如把進(jìn)程狀態(tài)由運(yùn)行狀態(tài)改為阻塞狀態(tài)。(3)根據(jù)阻塞原因，把修改后的PCB插入到相應(yīng)的阻塞隊(duì)列中。(4)轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度程序，從就緒隊(duì)列中重新調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行。3.3.2進(jìn)程阻塞與喚醒3/8/2023第3章進(jìn)程管理2.進(jìn)程的喚醒當(dāng)處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程等待的事件已經(jīng)結(jié)束，這時(shí)就由完成等待事件的進(jìn)程（如釋放資源的進(jìn)程或完成I/O的進(jìn)程）調(diào)用喚醒原語，將該阻塞進(jìn)程喚醒，轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。具體操作過程如下：把PCB從相應(yīng)的等待隊(duì)列中移出。修改PCB的有關(guān)表目內(nèi)容，如把進(jìn)程狀態(tài)由阻塞狀態(tài)改為就緒狀態(tài)。將修改后的PCB插入到就緒隊(duì)列中，等待調(diào)度。3/8/2023第3章進(jìn)程管理

1、進(jìn)程同步：它主要源于進(jìn)程合作，是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)形成的相互協(xié)作的關(guān)系。

2、進(jìn)程互斥：它主要源于對資源的競爭，是進(jìn)程之間排它性使用資源的關(guān)系。

3、臨界資源：一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源，如打印機(jī)、公共變量等；

4、臨界區(qū)（段）：包含臨界資源的程序段稱為臨界區(qū)。

3.4進(jìn)程的同步與互斥3.4.1基本概念3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.4.2簡單的同步機(jī)制同步機(jī)制是指用于保證多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)關(guān)系的相應(yīng)機(jī)制。

簡單同步機(jī)制包括： 1、標(biāo)志位機(jī)制

2、加鎖機(jī)制3/8/2023第3章進(jìn)程管理

1、什么是信號量信號量有多種類型，常用的是記錄型信號量，可定義如下：

structsemaphore{intvalue；/*value是初值為非負(fù)的整型變量*/

int*Q；/*Q是初始狀態(tài)為空的等待隊(duì)列*/}S；信號量的物理含義：當(dāng)S.value>0，表示可用資源個(gè)數(shù)；當(dāng)S.value<0，|S.value|表示等待該信號量的進(jìn)程個(gè)數(shù)。3.4.3信號量機(jī)制3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、P、V操作

P(S)

S.value=S.value-1；if(S.value<0){當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入等待隊(duì)列Q；阻塞當(dāng)前進(jìn)程；}else當(dāng)前進(jìn)程繼續(xù)；

V(S)

S.value=S.value+1；if(S<.value=0){從等待隊(duì)列Q中取出一個(gè)進(jìn)程P,進(jìn)程P進(jìn)入就緒隊(duì)列；當(dāng)前進(jìn)程繼續(xù)；}else當(dāng)前進(jìn)程繼續(xù)；3/8/2023第3章進(jìn)程管理3、用信號量實(shí)現(xiàn)互斥模型

為臨界資源設(shè)置一個(gè)互斥信號量S，其初值為1；在每個(gè)進(jìn)程中將臨界區(qū)代碼置于P(S)和V(S)原語之間。必須成對使用P和V原語：遺漏P原語則不能保證互斥訪問，遺漏V原語則不能在使用臨界資源之后將其釋放（給其他等待的進(jìn)程）；P、V原語不能次序錯(cuò)誤、重復(fù)或遺漏?；コ饽Ｐ腿缦拢篜（S）臨界段；V（S）剩余代碼；3/8/2023第3章進(jìn)程管理4、用信號量實(shí)現(xiàn)同步模型為進(jìn)程設(shè)置一個(gè)同步信號量S，其初值為0；在進(jìn)程需要同步的地方分別插入P(S)和V(S)原語。一個(gè)進(jìn)程使用P原語時(shí)，則另一進(jìn)程往往使用V原語與之對應(yīng)，具體怎么使用要看實(shí)際情況來定。例如，有兩個(gè)進(jìn)程P1、P2，P1的功能是計(jì)算x=a+b的值，a和b是常量，在P1的前面代碼中能得到；P2的功能是計(jì)算y=x+1的值。

P1P2…

…X=a+b；

P(S)

V(S)Y=X+1;…

…3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.4.4經(jīng)典同步互斥問題

1、生產(chǎn)者－消費(fèi)者問題生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題是最著名的同步問題，它描述一組生產(chǎn)者進(jìn)程向一組消費(fèi)者進(jìn)程提供消息。它們共享一個(gè)有界緩沖池,生產(chǎn)者向其中投放消息，消費(fèi)者從中取得消息。

3/8/2023第3章進(jìn)程管理

生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間應(yīng)滿足下列二個(gè)同步條件：

l只有在緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)已存入消息后，消費(fèi)者才能從中提取消息，否則消費(fèi)者必須等待。

l只有緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)是空時(shí)，生產(chǎn)者才能把消息放入緩沖區(qū)，否則生產(chǎn)者必須等待。

生產(chǎn)者

P(empty)；P(mutex)；

往buffer中放入一條消息；

V(mutex)；V(full)；

消費(fèi)者

P(full)；P(mutex)；從buffer中取出一條消息；

V(mutex)；V(empty)；3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、讀者－寫者問題讀者P(mutex)

readcount=readcount+1Ifreadcount=1thenP(wrt)V(mutex)

讀數(shù)據(jù)；P(mutex)readcount=readcount-1ifreadcount=0thenV(wrt); V(mutex);定義信號量

wrt=1

mutex=1 readcount=0寫者

P(wrt)

寫入數(shù)據(jù)；

V(wrt)3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.5進(jìn)程通信3.5.1通信類型

l低級通信：交換信息量少，如P、V原語，軟中斷信號；

l高級通信：交換信息量大，有消息緩沖、信箱方式、共享存儲區(qū)、管道通信；3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.5.2消息緩沖（直接通信）基本原理：由系統(tǒng)管理一組緩沖區(qū)，其中每個(gè)緩沖區(qū)可以存放一個(gè)消息。當(dāng)發(fā)送進(jìn)程要發(fā)送消息時(shí)，先要向系統(tǒng)申請一個(gè)緩沖區(qū)，然后把消息寫進(jìn)去。發(fā)送進(jìn)程利用發(fā)送原語(send)直接把消息發(fā)送給接收進(jìn)程，并將它掛接到接收進(jìn)程的消息緩沖隊(duì)列上。接收進(jìn)程利用接收原語(receive)直接從消息緩沖隊(duì)列中取得消息。此時(shí)要求發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程都以顯式的方式提供對方的進(jìn)程標(biāo)識符。

發(fā)送原語：Send(Receiver,message)；

接收原語：Receive(Sender,message)；3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.5.3信箱方式（間接通信）發(fā)送進(jìn)程將消息發(fā)送到某種中間實(shí)體（信箱)，接收進(jìn)程從中取得消息。如電子郵件系統(tǒng)。間接通信的使用好處是增加了使用消息的靈活性。發(fā)送者和接收者的關(guān)系可能是一對一、多對一，一對多或多對多。一對一的關(guān)系允許一個(gè)專用通信鏈路用于二個(gè)進(jìn)程間的交互，它能使倆進(jìn)程間交互不受其它進(jìn)程錯(cuò)誤干予的影響，多對一的關(guān)系對客戶/服務(wù)器交互特別有用，一個(gè)進(jìn)程對多個(gè)其它進(jìn)程（用戶）提供服務(wù)。在這種情況信箱經(jīng)常稱作為端口(port)。一對多關(guān)系允許一個(gè)發(fā)送進(jìn)程和多個(gè)接收進(jìn)程交互，這可用來將消息廣播(broadcast)給一組進(jìn)程。

3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.5.4共享存儲區(qū)

A正文

A數(shù)據(jù)

A棧

共享區(qū)

B正文

B數(shù)據(jù)

B棧A進(jìn)程虛空間B進(jìn)程虛空間內(nèi)存空間3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.5.5管道通信管道是指用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)它們之間通信的共享文件，又稱為pipe文件。向管道（共享文件）提供輸入的發(fā)送進(jìn)程（即寫進(jìn)程），以字符形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道，而接收管道輸出的接收進(jìn)程（即讀進(jìn)程）可從管道中接收數(shù)據(jù)。管道通信是基于文件系統(tǒng)形式的一種通信方式。管道分為無名管道和有名管道兩種類型。無名管道是一個(gè)只存在于打開文件機(jī)構(gòu)中的一個(gè)臨時(shí)文件，從結(jié)構(gòu)上沒有文件路徑名，不占用文件目錄項(xiàng)。無名管道利用系統(tǒng)調(diào)用pipe(fd)創(chuàng)建，它返回兩個(gè)文件描述符:寫文件描述符fd[1]和讀文件描述符fd[0]。寫進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用write寫入數(shù)據(jù)；讀進(jìn)程采用系統(tǒng)調(diào)用read從管道中讀出內(nèi)容。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.6進(jìn)程調(diào)度3.6.1進(jìn)程調(diào)度的職能

l記錄系統(tǒng)中所有進(jìn)程的有關(guān)情況

l確定分配處理機(jī)的原則

l分配處理機(jī)給進(jìn)程

l從進(jìn)程收回處理機(jī)3.6.2進(jìn)程調(diào)度方式

l剝奪方式（搶占式調(diào)度）

l非剝奪方式（非搶占式調(diào)度）3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.6.3進(jìn)程調(diào)度算法

l先來先服務(wù)

l優(yōu)先級調(diào)度

l時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法

l多級隊(duì)列法3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.7死鎖本節(jié)主要介紹死鎖（deadlock）的概念及其產(chǎn)生的原因，提出死鎖的預(yù)防、避免和檢測方法，以及在死鎖發(fā)生后該如何解除和進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。3.7.1死鎖的概念

1、死鎖的定義死鎖是指多個(gè)進(jìn)程因競爭使用資源而形成的一個(gè)僵局(deadlyembrace)。在這個(gè)僵局中，每個(gè)進(jìn)程都占有一定資源，都申請使用已被另一進(jìn)程占用且不能剝奪的資源，所有這些進(jìn)程都進(jìn)入阻塞狀態(tài)而不能繼續(xù)運(yùn)行。

如交通阻塞現(xiàn)象。

3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、死鎖產(chǎn)生的原因

●系統(tǒng)資源不足

●進(jìn)程推進(jìn)的順序不合適

●資源分配不當(dāng)

3/8/2023第3章進(jìn)程管理●互斥條件(mutualexclusion)

涉及的資源是非共享的；●不剝奪條件(nopreemption)

不能強(qiáng)行剝奪進(jìn)程擁有的資源；

●保持與等待條件(holdandwait)

進(jìn)程在等待一新資源時(shí)繼續(xù)占有已分配的資源；

●循環(huán)等待條件(circularwait)

存在一種進(jìn)程的循環(huán)鏈，鏈中的每一個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被鏈中的下一個(gè)進(jìn)程所請求；3、產(chǎn)生死鎖的必要條件3/8/2023第3章進(jìn)程管理4、死鎖的處理方法●預(yù)防：具體做法是破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一?！癖苊猓翰皇孪炔扇∠拗迫テ茐漠a(chǎn)生死鎖的條件，而是在資源的動態(tài)分配過程中，用某種方法去防止系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)，從而避免死鎖的發(fā)生。

●檢測：事先并不采取任何限制，也不檢查系統(tǒng)是否進(jìn)入不安全區(qū)，允許死鎖發(fā)生，但可通過檢測機(jī)構(gòu)及時(shí)檢測出死鎖的發(fā)生，并精確確定與死鎖有關(guān)的進(jìn)程和資源。

●解除：與檢測死鎖相配套，用于將進(jìn)程從死鎖狀態(tài)解脫出來。常用的方法是撤消或掛起一些進(jìn)程。以回收一些資源，再將它們分配給處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，使之轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.7.2死鎖的預(yù)防

死鎖的預(yù)防一般是從破壞導(dǎo)致發(fā)生死鎖的必要條件著手，只要能使四個(gè)必要條件其中的任何一個(gè)不成立，就可防止死鎖。

●破壞互斥條件：改變把獨(dú)享資源變?yōu)楣蚕碣Y源；

●破壞不剝奪條件：主動釋放資源策略和強(qiáng)行剝奪策略；

●破壞保持與等待條件：采用靜態(tài)分配策略；

●破壞循環(huán)等待條件：采用資源的有序申請策略；

3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.7.3死鎖的避免要從根本上預(yù)防死鎖是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@會導(dǎo)致資源使用和進(jìn)程執(zhí)行的低效。事實(shí)上，死鎖的產(chǎn)生跟每個(gè)進(jìn)程動態(tài)申請資源的過程息息相關(guān)。如果能掌握并發(fā)進(jìn)程中與每個(gè)進(jìn)程有關(guān)的資源動態(tài)申請情況，同樣可以避免死鎖的發(fā)生。通過定義兩種狀態(tài)：安全狀態(tài)與不安全狀態(tài)，分別對應(yīng)于可以避免死鎖和產(chǎn)生死鎖的情況。

3/8/2023第3章進(jìn)程管理1、安全與不安全狀態(tài)

安全狀態(tài)是指在某一時(shí)刻，系統(tǒng)至少存在一個(gè)安全序列<P1，P2，P3，…，Pn>，按照此序列來為每個(gè)進(jìn)程分配所需資源，直到滿足其最大需求，使每個(gè)進(jìn)程都能順利地完成，則稱此時(shí)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。反之，稱之為不安全狀態(tài)。

示例

注意：系統(tǒng)處于安全狀態(tài)并不表示就一定不會出現(xiàn)死鎖。如果按不安全序列分配，就會出現(xiàn)死鎖。3/8/2023第3章進(jìn)程管理2、銀行家算法

一個(gè)銀行家把他的固定資金（capital）借給若干客戶，使這些客戶在滿足對資金的要求后能完成其交易，把所借資金歸還給銀行家。假定客戶分成若干次進(jìn)行借款，每個(gè)客戶預(yù)先說明自己所要求的最大資金量，并每次提出部分資金量申請和獲得分配。如果銀行家滿足了客戶對資金的最大需求量，則該客戶在資金運(yùn)作后，應(yīng)在有限時(shí)間內(nèi)將資金全部歸還銀行家。具體過程如下：①顧客的借款操作依次順序進(jìn)行，直到全部操作完成；②銀行家對顧客的借款操作進(jìn)行判斷，確定其安全性（能否支持顧客借款，直到全部歸還）；③如果是安全的，則借款給顧客，否則暫不借款。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3、銀行家算法中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

●可利用資源向量Available

●最大需求矩陣Max[n]

●分配矩陣Allocation[n]

●需求矩陣

Need[n]

●進(jìn)程的請求向量

Request[n]

3/8/2023第3章進(jìn)程管理當(dāng)進(jìn)程pi提出資源申請時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行下列步驟：

①若Request[i]≤Need[i],轉(zhuǎn)②；否則錯(cuò)誤返回②若Request[i]≤Available,轉(zhuǎn)③；否則進(jìn)程等待③假設(shè)系統(tǒng)分配了資源，則有：

Available=Available-Request[i]; Allocation[i]=Allocation[i]+Request[i]; Need[i]=Need[i]-Request[i]④執(zhí)行安全性算法檢查。若系統(tǒng)新狀態(tài)是安全的，則分配完成,若系統(tǒng)新狀態(tài)是不安全的，則恢復(fù)原狀態(tài)，進(jìn)程等待。3/8/2023第3章進(jìn)程管理安全性算法描述如下

（1）設(shè)置兩個(gè)向量

Work

它表示系統(tǒng)可提供給進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行的各類資源數(shù)目，開始執(zhí)行安全性算法時(shí)，Work=Available。

Finish

它表示系統(tǒng)是否有足夠的資源分配給進(jìn)程，讓它運(yùn)行完成，開始時(shí)，F(xiàn)inish（i）=False；當(dāng)可以分配給進(jìn)程Pi時(shí)，F(xiàn)inish（i）=True。（2）從剩余進(jìn)程集合中找到一個(gè)能滿足下列條件的進(jìn)程。

Finish（i）=False；

Needi≤Work；3/8/2023第3章進(jìn)程管理（3）當(dāng)進(jìn)程Pi獲得資源后，可以順利執(zhí)行完畢，并釋放出分配給它的資源，所以需執(zhí)行

Work=Work+Allocationi； Finish（i）=True； Goto（2）；（4）如果所有進(jìn)程的Finish（i）=true，則表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；反之，系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.7.4死鎖的解除1、進(jìn)程撤銷可選擇部分或全部撤銷2、進(jìn)程回退3、資源剝奪避免進(jìn)程“饑餓”3/8/2023第3章進(jìn)程管理安全狀態(tài)安全序列：<P2，P1，P3>返回進(jìn)程號總共需求已分配還需剩余P110553P2422P3927進(jìn)程號總共需求已分配還需剩余P110552P2422P3936不安全狀態(tài)無安全序列3/8/2023第3章進(jìn)程管理3.8線程3.8.1線程的概念1.線程的引入

在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是一個(gè)可擁有資源的基本單位，同時(shí)又是一個(gè)可獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。進(jìn)程作為一個(gè)資源擁有者，在創(chuàng)建、撤消、切換中，系統(tǒng)必須為之付出較大時(shí)空開銷。所以系統(tǒng)中