并发处理

1 并发活动－－进程的引入

操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统中（内存）同时存在几个相互独立的程序，这些程序在系统中既交叉地运行，又要共享系统中的资源，这就会引起一系列的问题，包括：对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等。

要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述程序在内存中运行的状态，必须引入新的概念－－进程。

1.1 程序的顺序执行

一、概念
一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。
例如：

二、程序顺序执行的特点
1.顺序性
处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个操作必须在下一个操作开始之前结束。

2.封闭性
程序一旦开始执行，其计算结果不受外界的影响，当程序的初始条件给定之后，其后的状态只能由程序本身确定，即只有本程序才能改变它。

3.可再现性
程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间无关。即只要程序的初始条件相同，它的执行结果是相同的，不论它在什么时间执行，也不管计算机的运行速度。

1.2 程序的并发执行

例：
在系统中有n个作业，每个作业都有三个处理步骤，输入数据、处理、输出，
即Ii,Ci,Pi (i=1,2,3,…,n)。
这些作业在系统中执行时是对时间的偏序，有些操作必须在其它操作之前执行，这是有序的，但有些操作是可以同时执行的。

例如:
I1、C1、P1的执行必须严格按照I1，C1，P1的顺序，而P1与C2，C1与I2,I3与P1是可以同时执行的。

程序并发执行 （定义）
若干个程序段同时在系统中运行，这些程序的执行在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重迭是很小的，也称这几个程序段是并发执行的。

程序并发执行的描述
cobegin
S1;S2;S3;…;SN
coend;
Si(i=1,2,3,…,n)表示n个语句（程序段），这n个语句用cobegin和coend括起来表示这n个语句是可以并发执行的。co是concurrent的头两个字符。
这是Dijkstra提出的。

假设有一个程序有
S0～Sn+1个语句，
其中 S1～Sn语句是并发执行的，程序如下：
S0;
cobegin
S1;S2;S3;…;SN
coend;
Sn+1;

1.3 并发执行实行－－誊抄

一、一个循环程序顺序执行的誊抄
算法1：
输入：f 输出：g
{
while (f 不为空）
{
input ;
output ;
}
}
由这个程序完成誊抄工作是不会出错的。
但是效率不高！

二、两个程序并发执行完成誊抄
设有一台标准输入设备（键盘），和一台标准输出设备（显示器或打印机），输入程序负责从标准设备中读取一个字符，送缓冲区中。输出程序从缓冲区中取数据，送标准设备输出


这两个程序段并发执行时可能出现如下情况：
1、输出程序运行的速度比输入程序快时，有些输出会重复；
如输入送入了一个字符“A”，输出取出打印“A”，当输入还未送入新的数据，输出程序已执行，又取出“A”打印，这样“A”的输出就重复了，出错。

2、输入程序执行的速度比输出程序快时，有些数据会丢失；
如输入程序送入一个字符“B”，紧接着（当输出程序还未取走字符“B”）又送入字符“N”，这时输出程序取走的是“N”，“B”就丢失了。

三、三个并发执行程序的誊抄

get程序负责从输入序列f中读取字符
并送到缓冲区s中;
copy程序把缓冲区s中的数据复制到缓冲区t中去;
put程序从缓冲区t中取出数据打印。

假设有两个缓冲区，每个缓冲区只存放一个字符，get程序负责从输入序列f中读一个字符，然后，送到缓冲区s中，copy程序负责将s中的字符复制到t中，put负责从t中提取字符打印。这个算法是正确的。

1.4 与时间有关的错误

假定f系列中有记录
f=(R1,R2,…,Rn)
g=( )
在誊抄完成后：
f=( )
g=(R1,R2,…,Rn)
算法中的：
copy≡t=s put ≡ put(t,g) get ≡ get(s,f)

若程序错写成：
while(誊抄未完成）
{
cobegin
copy;
put;
get;
coend
}

初始状态：
f=(R1,R2,…,Rn)
s=() t=() g=()

首先执行了get(s,f)
f=(R1,R2,…,Rn)
s=R1,t=(),g=()

然后，copy,put,get三个程序段并发执行，就有六种组合：
1、copy;put;get 导致结果：g=(R1,R2) 对
2、copy;get;put 导致结果：g=(R1,R2) 对
3、put;copy;get 导致结果：g=(R1,R1) 错
4、put;get;copy 导致结果：g=(R1,R1) 错
5、get;copy;put 导致结果：g=(R1,R3) 错
6、get;put;copy 导致结果：g=(R1,R1) 错
这就是与时间有关的错误。

1.5 程序并发执行的特点

一、失去了程序的封闭性
如果程序执行的结果是一个与时间无关的函数，即具有封闭性。
若一个程序的执行可改变另一个程序的变量，像两个并发程序完成誊抄的例子，程序执行的结果不仅依赖于程序的初始条件，还依赖于程序执行时的相对速度，在这种情况下就失去了程序的封闭性。

二、程序与计算不再一一对应
在程序顺序执行时，一个程序总是对应一个具体的计算，但在程序的并发执行时，可能有多用户共享使用同一个程序，但处理（计算）的对象却是不同的，例如，在多用户环境下，可能同时有多个用户调用C语言的编译程序，这就是典型的一个程序对应多个用户源程序的情况。

三、程序并发执行的相互制约
在多道程序设计的环境下，程序是并发执行的。即系统中有多道程序在“同时”执行，这些程序之间要共享系统的资源，程序之间有合作（通信）的关系。合作与竞争产生一系列的矛盾，这些矛盾实际上是一种相互制约，有直接的，也有间接。

回头来，我们再看看操作系统的第三个特性：
不确定性*

2 进程概念(process)

2.1 进程的定义

在多道程序设计的环境下，为了描述程序在计算机系统内的执行情况，必须引入新的概念－－进程。

进程的概念来自于麻省理工的MULTICS、IBM的 TSS/360，在IBM的OS/360/370系统中也曾叫过任务（task)。

进程的定义（枚举法）
行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程（Dijkstra)

进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算并行的一个计算。(Donovan)
进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动。（Alan.C. Shaw)
进程是执行中的程序。（Ken Thompson and Dennis Ritchie )

教材上给出的进程的定义：
进程，即是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。

进程与程序的区别与联系：
1、程序是指令的集合，是静态的概念。 进程是程序在处理机上的一次执行的过程，是动态的概念。程序可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。
2、进程是一个独立的运行单位，能与其它进程并行（并发）活动。而程序则不是。
3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进行处理机调度的基本单位。
4、一个程序可以作为多个进程的运行程序，一个进程也可以运行多个程序。

2.2 进程的类型

在系统中同时有多个进程存在，但归纳起来有两大类：
1、系统进程
系统进程起着资源管理和控制的作用。
或者：执行操作系统核心代码的进程。
2、用户进程
执行用户程序的进程。

2.3 进程的状态

一、进程的基本状态
1、就绪状态（Ready)
存在于处理机调度队列中的那些进程，它们已经准备就绪，一旦得到CPU，就立即可以运行，这些进程所取的状态为就绪状态。（有多个进程处于此状态）
2、运行状态(Running）
当进程由调度/分派程序分派后，得到CPU控制权，它的程序正在运行，该进程所处的状态为运行状态。（在系统中，总只有一个进程处于此状态）
3、等待状态（Wait)
若一个进程正在等待某个事件的发生（如等待I/O的完成），而暂停执行，这时，即使给它CPU时间，它也无法执行，则称该进程处于等待状态。

二、进程状态变迁图
进程的状态不是固定不变的，而是在不断变换。

运行 等待 等待某事件的发生（如等待I/O完成）
等待 就绪 事件已经发生（如I/O完成）
运行 就绪 时间片到（例如，两节课时间到，下课）
新建进程 就绪 新创建的进程进入就绪状态
就绪 运行 当处理机空闭时，由调度（分派）程序从就绪进程队列中选择一个进程占用CPU。

三、作业、作业状态及转移
在批处理系统中一个用户程序的执行的全过程称为一个作业，当作业提交给计算中心（或机房）后，由机房工作人员录入到存储设备上（如磁带、磁盘等），然后，由作业调度程序按某种调度策略将作业调入计算机系统执行，执行完成后，由作业调度程序做作业的善后处理工作，至此一个作业完成。

我们把上述对作业的操作归纳成四种状态：
1、提交状态 用户将自己的程序和数据放在输入设备上，等待；
2、后备状态 系统响应用户的要求，将作业带领到直接存取的后援存储器中，等待调度；
3、执行状态 从作业计算开始，到计算完成为止，该作业处于执行状态。
4、完成状态 从作业计算完成开始，到善后处理完毕退出系统为止，称为作业完成状态。

在系统中一个进程存在：
进程控制块（数据结构）
进程的执行程序（一个可执行文件）
进程总是位于某个队列(就绪、等待某事件队列)
处于某种状态（运行、就绪、等待）
占用某些系统资源（内存，打开某些文件、处理机、外设）

进程控制块 PCB (Process Control Block)
存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构，在创建时，建立PCB，并伴随进程运行的全过程，直到进程撤销而撤销。PCB就像我们的户口。

进程控制块 PCB
1、进程标识符 name
每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数字。UNIX系统中就是一个整型数。在进程创建时由系统赋予。

2、进程当前状态 status
说明进程当前所处的状态。
为了管理的方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，如就绪进程队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。

3、当前队列指针 next
登记与本进程处于同一队列的下一个进程的PCB的地址。
4、总链指针 all-q-next
5、执行程序开始地址 start-addr
6、进程优先级 priority
进程的优先级反映进程的紧迫程序，通常由用户指定和系统设置。UNIX系统采用用户设置和系统计算相结合的方式确定进程的优先级。
7、CPU现场保护区 cpu status
当进程因某种原因不能继续占用CPU时（等待打印机），释放CPU，这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态，继续运行。例如，我们下课，这时我要记住这次讲到什么地方，下次课接着讲。
8、通信信息 communication information
是指某个进程在运行的过程中要与其它进程进行通信，该区记录有关进程通信方面的信息。
9、家族联系 process family
有的系统允许一个进程可创建自已的子进程，子进程还可以创建，一个进程往往处在一个家族之中，就需要记录进程在家族中位置的信息。
10、占有资源清单 own-resource
进程占用系统资源的情况，不同的系统的处理差别很大，UNIX系统中就没有此项。

进程是有生命周期的，产生、运行、暂停、终止。对进程的这些操作叫进程控制。
进程控制的职责是对系统中全部进程实施有效的管理，它是处理机管理的部分（另一部分是进程调度），当系统允许多进程并发执行时，为了实现共享、协调并发进程的关系，处理机管理必须提供对进程实行有效的管理。

进程控制包括：
进程创建、进程撤消、进程阻塞、进程唤醒。
这些操作都要对应地执行一个特殊的程序段（操作系统核心程序），同时系统也通过系统调用给用户提供进程控制的功能。教材上叫原语（一种特殊的系统调用）。

在UNIX系统中进程控制的系统调用有：
fork() 创建子进程
sleep() 进程睡眠
exit() 进程自己终止（自杀）
wait() (父）等待子进程终止
wakeup() 进程唤醒

进程创建
在UNIX系统中用户键入一个命令（如date, ps,ls)，shell就创建一个进程。

一个程序（可执行的）如果可分成几个程序段，并且这些程序段可并发执行，用户程序可使用创建程序的系统调用创建多个进程，每个进程执行一个程序段。例如，放VCD程序。

进程创建类似于人出生后要到派出所报户口。

进程创建系统调用：
create(name,priority,start-addr)

UNIX系统：
fork()

进程撤销
进程完成其任务，希望终止时，调用撤销进程的系统调用（进程撤销原语）撤销进程。相当于一个人死亡后，家人要去派出所销户口。
在一般操作系统中进程撤销的系统调用是：kill
UNIX系统中是exit()。

进程挂起
当一个处在运行状态的进程，因等待某个事件的发生（如等待打印机）而不能继续运行时，将调用进程挂起系统调用，把进程的状态置为阻塞状态，并调用进程调度程序（等于让出处理机）。在UNIX系统中进程挂起调用sleep(chan, pri)。

进程从运行状态转换成阻塞状态是由进程挂起原语实现的，因此，调用进程挂起操作是在进程处于运行状态下执行的。它的执行将引起等待某事件的队列的改变.

例如，进程是因等待打印机而进入阻塞状态，则该进程将加入到等待打印机的队列。进程挂起系统调用的算法和队列变化如下。

进程挂起的内部调用形式（UNIX系统）：
sleep(chan,pri)
其中：chan 进程挂起（睡眠）的原因；
pri 进程被唤醒后的优先级

 一般调用形式：
  susp(chan)
   其中：chan 进程等待的原因

进程唤醒
一个正在运行的进程会因等待某事件（例如，等待打印机）的发生，由运行状态转换成阻塞状态，当它等待的事件发生后，这个进程将由阻塞状态转换成就绪状态。这种转换由进程唤醒操作完成。

调用进程唤醒操作一般在中断处理、进程通信等过程中。例如，打印机完成中断处理程序， 在完成了打印完成的操作后，就去检查等待打印机的队列，若不为空，则调用进程唤醒操作，唤醒一个（或多个）等待打印机的进程。

进程唤醒原语的形式：
wakeup(chan)
其中：chan 唤醒进程阻塞的原因。
算法：wakeup

输入：chan:等待的事件（阻塞原因）
输出：无
{
找到chan的等待队列的指针；
for(该队列不为空）
{ 从队列中移出一个进程；
置进程状态为“就绪”，并加入到就绪队列；
}
}
按此算法，是把等待在chan事件上的所有进程唤醒，类似于UNIX系统的处理方式。也有的系统只唤醒一个等待chan事件的进程，若这样处理，等待队列就要按某种优先级排队。

进程唤醒操作会引起就绪队列和等待chan事件的等待队列发生变化。

4进程的相互制约关系

在多道程序的环境中，系统中的多个进程可以并发执行，同时它们又要共享系统中的资源，这些资源有些是可共享使用的，如磁盘，有些是以独占方式使用的，如打印机。由此将会引起一系列的矛盾，产生错综复杂的相互制约的关系。

产生这种错综复杂的相互制约关系的原因有二：
资源共享
进程合作

 引例：

宿舍电话的使用
打印机的使用

1. 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
   引例中的电话和打印机都属于临界资源。除此之外，还有内存变量、指针、数组等等也是临界资源。
2. 临界区：
   每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区（临界段）。

5 进程互斥

5.1 互斥的概念

定义:
在操作系统中，当某一进程正在访问某临界区时，就不允许其它进程进入，否则就会发生(后果)无法
估计的错误。我们把进程之间的这种相互制约的关系称为互斥。
例如：飞机定票系统中的机票库

进入临界区的准则：
(1)每次至多有一个进程处于临界区；
(2)当有若干个进程欲进入临界区时，应在有限的时间内使其进入；
(3)进程在临界区内仅逗留有限的时间。

5.2 锁和上锁、开锁操作

解决进程互斥的最简单的办法是加锁。
在系统中为每个临界资源设置一个锁位，
0 表示资源可用，
1 表示资源已被占用（不可用）。

这样当一个进程使用某个临界资源之前必须完成下列操作：
1、考察锁位的值；
2、若原来的值是为“0”，将锁位置为“1”（占用该资源）；
3、若原来值是为“1”，（该资源已被别人占用），则转到1。当进程使用完资源后，将锁位置为“0“，称为开锁操作。

改进的算法

5.3 用上锁原语和开锁原语实现互斥

假设有两个进程共享打印机，两个进程中使用打印机的程序段为临界区。为保证打印的正确，设置打印机的锁位print，其初值为“0”，表示打印机可用。

6 信号灯和P、V操作

6.1 信号灯的概念

信号灯的概念是由Dijkstra提出的（1968）。

他把互斥的关键概念抽象到信号量这个概念中，信号量是一个被保护的变量，只有P操作、V操作和一种称为信号量初始化操作才能访问和改变它的值。

信号灯的定义：
信号灯是一个确定的二元组（s,q），s 是一个具有非负初值的整型变量，q 是一个初始状态为空的排队栈。
S代表资源的实体。在实际应用中应准确地说明s的意义和初值，每个信号灯都有一个队列，其初始状态为空。

6.2 P、V操作

信号灯的值仅能由P、V操作来改变，

对信号灯的P操作记为：P(S)，P操作是一个原子操作。
对信号灯的V操作记为：V(S), V操作是一个原子操作。

在实际操作系统中，一般情况下是由机器硬件提供P、V操作的指令，当然是原子操作，若机器不提供P、V操作的指令，则操作系统提供P、V操作原语。

P操作：
（1）s值减1；
（2）若相减结果大于等于0，则进程继续执行；
（3）若结果小于0，则该进程挂起。
注：推起该进程包括：保留调用进程CPU现场；置“等待”状态；入等待队列；转进程调度；

V操作：
（1）s值加1；
（2）若相加结果大于0，进程继续执行；
（3）否则，唤醒一个（或多个）等待该信号灯的进程，然后本进程继续执行。

用两个进程共享打印机的例子

设信号灯print表示打印机，初值为1，表示打印机可用(也可理解为有一台打印机)。
(print也是用于互斥的信号灯，教材上设置为mutex。)

7 进程同步

7.1 同步的例子

引例 1 ：两位同学约好星期天去东湖，早上8:00在校门口，不见不散。
当一个同学先来到校门口，要等另一个同学，到齐后一道打的去东湖。

7.2 同步的概念

互斥的概念来自于诸进程对独占使用资源（设备）的竞争，同步来源于多个进程的合作。在人类社会中竞争与合作是永恒的。

同步：所谓同步就是并发进程在一些关键点上可能需要相互等待与互通消息，这样的相互制约关系称为进程同步。

7.3 用信号灯实现进程的同步

在操作系统中，同步有各种各样，但归纳起来有两类：
诸进程合作完成某工作的逻辑顺序，如考研问题；
对系统资源的共享。如两个进程共享一个缓冲区完成誊抄问题

（一）合作进程的执行次序
用进程流图来描述诸进程合作完成某一任务的次序，其规则如下

用信号灯及P、V操作来描述左图
1、说明进程的同步关系
进程P1、P2可并行执行，P3的执行必须等待P1、P2都完成后才能开始执行。
2、设置信号灯，说明含义、初值。
s13 = 0 表示进程P1尚未执行完成；
s23 = 0 表示进程P2尚未执行完成；


(二）共享缓冲区的合作进程的同步

设有一个缓冲区buffer，大小为一个字节，CP进程不断产生字符，送入buffer，IOP进程从buffer中取出字符打印。如不加控制，会有多种打印结果，这取决于这两个进程运行的相对速度。在这众多的打印结果中，只有CP、IOP进程的运行刚好匹配的一种是对的，其它均为错误，并且不能重现。

要保证打印结果的正确，CP、IOP必须遵循以下同步规则：

(1)当CP把结果送入buffer后，IOP才能从buffer中取，否则IOP必须等待；

(2)当IOP从buffer中取走数据后，CP才能将新产生数据送buffer，否则也必须等待。

解决这个问题的步骤：
(1)分析问题，弄清楚同步关系，如上分析；
(2)设置信号灯，说明含义、初值；
(3)写出程序描述。

7.4 生产者－消费者问题

我们把上面的例子扩充，假定缓冲区buffer是一个有界缓冲区，可存放n个数据，同时假定有n个CP进程不断地产生数据，并送buffer；有m个IOP进程从缓冲区中取数据打印。
在我们生活中有很多这样的例子。

对于生产者进程：产生一个数据，当要送入缓冲区时，要检查缓冲区是否已满，若未满，则可将数据送入缓冲区，并通知消费者进程；否则，等待；
对于消费者进程：当它去取数据时，要看缓冲区中是否有数据可取，若有则取走一个数据，并通知生产者进程，否则，等待。
这种相互等待，并互通信息就是典型的进程同步。
同时，缓冲区是个临界资源，因此，诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区，因此，还有个互斥的问题。

有十个读者和两个编辑同时处理一篇文章，对于读操作是可以同时进行的，若有读者正在读这篇文章，编辑就不能工作，若编辑正在处理这篇文章，读者就不能作读操作，编辑与编辑的工作也是互斥的，试用信号灯及P、V操作写出读者与编辑之间协同工作的程序描述。

解：mutex:用于读者与编辑、编辑与编辑的互斥信号灯，初值为1；mutex1:用于对couter操作的互斥的信号灯，初值为1。

8 UNIX系统的进程管理

8.1 UNIX系统的进程的图像(image)

（一）进程图像的组成
1、进程控制块PCB
基本进程控制块 proc结构：存放进程的最基本的控制和管理信息，不论该进程是否处于运行状态，系统都要访问的信息，必须常驻内存；
扩充进程控制块 user结构：存放进程的管理和控制信息，这些信息只有当进程处于运行状态时，系统才访问，不一定常驻内存。
2、正文段（共享正文段）
它是进程执行程序的一部分，可为多个进程共享执行，作为正文段的程序必须是可重入的。
3、数据段
包括：正文段程序的处理对象－－数据、进程执行程序（私有）及数据和ppda(进程数据区）。
4、用户栈

（二）UNIX系统进程数据结构
1、proc结构,在UNIX系统的/sys/proc.h文件中；
2、user结构 ,在UNIX系统的/sys/user.h文件中；
3、 text结构（用来管理正文段的数据结构） text结构在UNIX系统的/sys/text.h文件中

8.2 UNIX进程的状态及变迁

一、UNIX进程的两种运行态
核心态：指进程正在执行UNIX核心程序；
用户态：指进程正在执行用户程序；

在UNIX系统中，一个进程有两种态，在执行用户程序时称为用户态，当发生中断（或自陷）时，自动转去处理中断，即开始执行中断处理程序（UNIX核心代码），进程由用户转为核心态，处理完中断完后返回用户程序执行，进程又由核心态转为用户态。在UNIX系统中除0＃进程外的所有进程都有两种态。

二、UNIX进程树

0进程：系统初启时由系统初启程序建立，完成系统初启的相应工作后，创建1进程；然后的工作有两项，其一是进程交换（进程图像的管理）；其二是进程切换（进程调度）。
1 进程：为系统的每个联机终端创建一个终端进程，然后就做托管工作。
2、3、…、n、n+1进程：终端进程，执行程序是shell，该进程执行是接受和执行用户键入的shell命令，或shell命令程序。
用户创建的进程：用户的shell命令或shell程序所创建的进程；用户在其程序中创建的进程。

三、UNIX进程状态

（一）运行状态
运行状态表示进程正在处理机上运行。
其特征是：
p_stat 为SRUN
p_flag 中号SLOAD位为1，表示该进程图像在内存（在目前的UNIX系统中表示该进程的U区在内存）。核心态下的内存管理机制的指针指向ppda，即该进程的USER结构。
核心态运行
用户态运行

（二）就绪状态
在内存中就绪：指进程处于就绪状态，且进程图
象在内存（现代：进程的U区在内存）；
就绪且换出：指进程处于运行状态，且进程图像
不在内存。
p_stat为SRUN；
p_flag的SLOAD为1，表示在内存中就绪； 为0，表示就绪且换出；核心态下的内存管理机制的指针不指向ppda。

（三）睡眠状态
睡眠状态是进程等待某事件发生而被迫暂时让出处理机
时所处的状态。
p_stat为SSLEEP 高优先级睡眠状态；
SWAIT 低优先级睡眠状态；
p_flag中的SLOAD为1，表示该进程图像在内存，否则不在内存。
在UNIX系统中，当进程进入睡眠状态时，系统会根据该进程等待事件的轻重缓急的程度赋予不同的优先数，该进程在被唤醒后，就以系统赋予的优先数参与处理机的竞争。若系统赋予的优先数是小于0（负数），进程进入高优先级睡眠状态，否则，进程进入高优先级睡眠状态。进程的优先数:p_pri(-127～127)

进程进入高优先级睡眠的原因：
（1）0＃进程（－100优先数）；
（2）因资源请求得不到满足的进程，磁盘(－80)，打印机
(－20），…；
（3）等待块设备I/O完成的进程，（－50）。
进程进入低优先级睡眠的原因：
(1）因等待字符设备I/O完成的进程，（0～20的优先数）；
(2) 所有处于用户态运行的进程，优先数一般情况下为大于100。
这样做的目的是为什么？
为使系统资源得到充分的利用，换句话说，是为了提高系统资源的使用效率。

（四）创建状态
父进程创建子进程时所取的状态，目的是保证子进程能完全复制父进程的图像。
在UNIX系统中，父进程创建一个子进程时，子进程要复制父进程的全部的进程图像（除proc结构外），当有内存空间时，能很快完成复制工作，但若无内存空间时，就要在交换区中建立子进程图像的复本，这时父进程将自己置为创建状态，以保证自己的图像不被调出内存。

（五）僵死状态
僵死状态是子进程等待父进程作善后处理时所处的状态。
特征：
进程转换成僵死状态后，就不能再转换成其它任何状态；
进程已释放它占用的所有资源（除proc结构外）。
p_stat 为SZOMB(zombi,zombie 还魂尸，僵尸）。

（六）进程状态变迁

8.3 进程创建

进程控制的操作有进程创建fork()、进程睡眠sleep()、进程唤醒wakeup()、
进程终止exit()和等待进程终止wait()。
进程创建fork()
调用形式：pid=fork();
功能：创建一个子进程，被创建的子进程是父进程进程图像的一个副本（除proc结构外），在UNIX系统中，除了0进程外，其它进程都是调用进程创建系统调用创建的。
返回：－1 创建失败
0 从子进程返回
> 0 从父进程返回，且返回值为子进程号

执行这个程序有两种可能的结果：
从子进程返回：打印: 这是子进程的执行程序。这是父、子进程的共有执行程序
从父进程返回：打印：这是父进程执行程序。这是父、子进程的共有执行程序

系统调用的C语言形式在编译时以调用变成汇编形式，fork的汇编子程序中包含有：
sys fork
clr r0
子进程从sys fork指令返回时执行clr r0指令，所以子进程从fork()中
返回值为0；父进程处理部分使栈中保护的pc值加2，于是，从trap处理返回时跳过clr r0指令，所以父进程从fork中返回值为子进程的pid。


※指子进程这时在磁盘上就绪，当某时刻子进程被调入内存后，被调度到，当调度程序发现p_flag为SSWAP，表示该进程是从磁盘上调入的且是第一次被调度，从u.u_ssav中恢复栈指针和环境指针，要直接从调用newproc处作非常返回。

8.4 进程的终止与等待

（一）进程自我终止
例子：假定copy是一个将源文件复制到目标文件的可执行程序,且该
执行文件在当前目录中。

UNIX系统中进程的自我终止就是指进程撤消操作，格式为：exit(status);其中：status 是终止进程向其父进程
传递的参数。

(二）等待进程终止
一个进程创建了子进程后，在完成它的工作后，就等待子进程的终止，这是一对同步操作。格式：
pid = wait(stat_addr);
其中：stat_addr:是一个地址指针，它将含有子进程的退出状态码；
pid:僵死子进程号；
wait和exit是UNIX系统向用户程序提供的进程实施同步的主要手段。

8.5 进程睡眠与唤醒

进程因等待某事件发（或申请资源得不到满足、或等待I/O完成），进程由运行状态转换成睡眠状态，这个工作由进程睡眠操作sleep()完成，当等待的事件发生后，要把等待在该事件上的进程唤醒，即将进程的状态置为就绪状态。
（一）进程睡眠
sleep(pri,chan);
其中：
pri:系统将给睡眠进程设置的优先数，当该进程被唤醒后，进程就以这个优先数去参与处理机的竞争；
chan:进程睡眠的原因。

(二）进程唤醒
在UNIX系统中进程唤醒操作将唤醒所有等待在相应事件上的所有进程，其格式如下：
wakrup(chan)；
chan:与sleep中的相同

9线程

9.1 什么是线程

线程是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路径。一个进程可以有多条执行路径即线程。

线程描述
进程中的一条执行路径
它有私用的堆栈和处理机执行环境（尤其是处理器寄存器）
它与父进程共享分配给父进程的主存
它是单个进程所创建的许多个同时存在的线程中的一个

线程和进程既有联系又有区别，对于进程的组成，可以概括为：
一个可执行程序，它定义了初始代码和数据。
一个私有地址空间。
进程执行时所需的系统资源。
若系统支持线程运行，那么，每个进程至少有个一个执行线程。

9.2 线程的特点与状态

（一）线程的特点
线程可以共享父进程的所有程序和全局数据，这意味着创建一个新线程只涉及最小量的主存分配（线程表），也意味着一个进程创建的多个线程可以共享地址区域和数据。
（二）线程的状态及变迁
线程与进程一样是一个动态的概念，也有一个从产生到消亡的生命周期。

线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它现成共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
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