學(xué)習(xí)材料：計算機操作系統(tǒng)（第2版，人民郵電出版社）

一、進(jìn)程控制

概念：是對系統(tǒng)中的所有進(jìn)程實施有效的管理，是處理機管理功能的一部分。為了實現(xiàn)共享，協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程的關(guān)系。進(jìn)程管理的功能應(yīng)包括：進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)度、實現(xiàn)進(jìn)程之間的同步協(xié)調(diào)和通信。

1）進(jìn)程創(chuàng)建

• 系統(tǒng)啟動時，創(chuàng)建并產(chǎn)生一些必須的、承擔(dān)系統(tǒng)資源分配的管理工作的系統(tǒng)進(jìn)程。
• 用戶進(jìn)程，用戶在程序提交給系統(tǒng)時創(chuàng)建的。
• 進(jìn)程創(chuàng)建也是進(jìn)程管理的基本功能之一。用戶不能直接創(chuàng)建進(jìn)程，只能通過操作系統(tǒng)提供進(jìn)程創(chuàng)建原語，以系統(tǒng)請求方式向操作系統(tǒng)申請一個進(jìn)程。

2）進(jìn)程撤銷

功能：

撤銷本進(jìn)程，撤銷一個指定標(biāo)識符的進(jìn)程或撤銷一組子進(jìn)程。

過程：

• 由運行指針得到當(dāng)前進(jìn)程的PCB。
• 釋放本進(jìn)程所占用的資源給父進(jìn)程。
• 釋放此PCB結(jié)構(gòu)。
• 轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。

3）進(jìn)程阻塞與喚醒

進(jìn)程阻塞：進(jìn)程需要等待某一時間完成時，調(diào)用阻塞原語將自己掛起。進(jìn)程一旦被掛起，它只能由另一個進(jìn)程喚醒。也就是，先停止調(diào)用進(jìn)程的執(zhí)行，將CPU現(xiàn)場保留到該進(jìn)程的PCB現(xiàn)場保護(hù)區(qū)（也即完成了多少工作，將其保存），改變其狀態(tài)為等待，并插入等待隊列。最后使控制轉(zhuǎn)向進(jìn)程調(diào)度。
本質(zhì)：進(jìn)程需要等待某一資源，指令無法繼續(xù)執(zhí)行，此時將進(jìn)程掛起，調(diào)度其他進(jìn)程。
進(jìn)程喚醒：當(dāng)進(jìn)程等待的事件發(fā)生時，喚醒等待該事件的進(jìn)程。
進(jìn)城喚醒的步驟：

• 將該進(jìn)程移出等待隊列。
• 置進(jìn)程狀態(tài)為就緒。
• 將進(jìn)程PCB插入就緒隊列。

4）進(jìn)程約束關(guān)系

分兩種情況：
1.競爭系統(tǒng)資源而引起的間接相互制約關(guān)系。
2.進(jìn)程之間存在共享數(shù)據(jù)而引起的直接相互制約關(guān)系。

重點：進(jìn)程互斥

臨界資源：通常把一次僅允許一個進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。一般輸入機，打印機等都有這種性質(zhì)。
臨界區(qū)：每個進(jìn)程中，訪問該臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。是進(jìn)程對公共變量或存儲區(qū)進(jìn)行訪問與修改的程序段。

上面那些滿足條件的進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)必須互斥！

互斥：多進(jìn)程對公共存儲區(qū)這樣的臨界資源有這樣的恩特店，共享的各方不能同時讀寫同一數(shù)據(jù)區(qū)，只有當(dāng)一方讀寫完畢后，另一方才可以讀寫。這種進(jìn)程的制約關(guān)系稱之為互斥。

重點：進(jìn)程同步

概念：相互合作的一組并發(fā)進(jìn)程。在一些關(guān)鍵點上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通消息稱為進(jìn)程同步。

重點：同步機構(gòu)

• 首先，鎖。包含上鎖和開鎖兩種操作。鎖就是一個物理實體，采用一個標(biāo)志（上鎖開鎖標(biāo)志）代表某種資源的狀態(tài)或并發(fā)程序當(dāng)前的狀態(tài)。
  鎖同步機構(gòu)中，每一個共享的臨界資源都要有一個單獨的鎖位。“0”表示資源可用，“1”表示資源被占用。
  進(jìn)程使用共享資源之前必須完成如下操作：
  1）檢測鎖位的值。 2）如果原來的值為0，將鎖位置置1 。 3）如果原來為1，返回1再考察（有一定時間間隔），不是立即。
  使用完資源后，將鎖置0，稱為開鎖。

• PV操作。S為可用資源。
  P操作：1）S--，相當(dāng)于占用了一個資源。2）減完大于等于0，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行（相當(dāng)于還有資源或資源剛好夠用）。3）小于0（缺少資源，等待），該進(jìn)程被封鎖，并將它插入到該信號燈的等待隊列中，轉(zhuǎn)入調(diào)度。
  V操作：1）s++，提供一個資源。 2）相加結(jié)果大于0，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。 3）相加結(jié)果小于或等于0，等待隊列移出一個進(jìn)程（它獲得了剛釋放出來的資源）。然后返回本進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。

進(jìn)程同步的兩個例子：

一、病員就診：

• 分為看病進(jìn)程，化驗進(jìn)程。
• 首先看病進(jìn)程執(zhí)行一部分，開出化驗單，轉(zhuǎn)入化驗進(jìn)程。
• 化驗進(jìn)程化驗完畢得到化驗結(jié)果，并發(fā)送給看病進(jìn)程轉(zhuǎn)入，否則必須等待。

我們用PV操作來實現(xiàn)，首先先要理解的是，下面的程序是需要來回轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的，不是一個程序執(zhí)行到底，這也體現(xiàn)了進(jìn)程同步的概念。
下面是偽代碼：

main()
{
    int s1=0;//信號燈1，表示看病進(jìn)程，也可以理解為有無化驗單
    int s2=0;//信號燈2，表示化驗進(jìn)程，也可以理解為有無化驗結(jié)果
    cobegin
        labora();
        diagnosis();
    coend
}
labora()
{
    while(化驗工作未完成)
    {
        p(s1);
        化驗工作;
        v(s2);
    }
}
diagnosis()
{
    while(看病工作未完成)
    {
         看病;
         v(s1); //看完病才會提供化驗單
         p(s2);
         diagnosis;
     }
} 

解讀：

• 首先執(zhí)行l(wèi)abora()，缺少s1，掛起。
• 進(jìn)入diagnosis()，執(zhí)行看病，看完病v(s1)提供化驗所需要的資源（可以理解為提供了化驗單，化驗工作才能進(jìn)行）。
• p(s2)，s2是化驗進(jìn)程，可以理解為缺少化驗進(jìn)程完的結(jié)果，所以掛起，執(zhí)行l(wèi)abora()。
• 執(zhí)行化驗工作，然后提供化驗結(jié)果（即提供了v(s2)）。
• 化驗進(jìn)程結(jié)束，轉(zhuǎn)入診斷進(jìn)程，執(zhí)行p(s2)，可以理解為獲得了化驗進(jìn)程的結(jié)果才能診斷，最后進(jìn)程完成。

生產(chǎn)者——消費者問題

概念：簡單地來說，就是有一塊公用緩沖區(qū)，生產(chǎn)者生產(chǎn)資源，將資源放置到緩沖區(qū)去，而消費者讀消息進(jìn)程， 從緩沖區(qū)提取資源。
設(shè)置：公用緩沖區(qū)是臨界資源，因此設(shè)置三個信號燈empty,full,mutex，分別表示空緩沖區(qū)（默認(rèn)為緩沖區(qū)大小n），滿緩沖區(qū)（初始為0），以及互斥信號燈，占用時為1，占用后為0。

//生產(chǎn)者和消費者操作過程中的偽代碼：
producer()
{
    while(生產(chǎn)未完成)
    {
         ……
         生產(chǎn)一個產(chǎn)品；
         p(empty);
         p(mutex);
         送到有界緩沖區(qū);
         v(mutex);
         v(full);
    }
}
consumer()
{
    while（還要繼續(xù)消費）
    {
        p(full);
        p(mutex);
        從有界緩沖區(qū)取產(chǎn)品;
        v(mutex);
        v(empty);
        ……
        消費一個產(chǎn)品;
    }
}

試想：如果把生產(chǎn)者前兩行申請占用資源的代碼換一下，會發(fā)生什么情況？
提示：死鎖。