目錄

2.1? 進程的引入

2.1.1程序的順序執(zhí)行

1.程序的順序執(zhí)行

2．程序順序執(zhí)行時的特征

2.1.2? 程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征

1．并發(fā)執(zhí)行的概念

2．程序并發(fā)執(zhí)行時的特征

2.1.3? 進程的定義與特征

1．進程的定義

2．進程的特征

2.1.4? 進程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

1．進程的三個基本狀態(tài)

2．進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

2.1.5 ?Linux進程的狀態(tài)

2.2 ?進程的描述

2.2.1 ?進程控制塊PCB

1．進程標識符

2．處理機狀態(tài)? ? ? ?

3．進程調(diào)度信息 ? ?

4．進程控制信息 ? ?

2.2.2 ?進程控制塊的組織方式

2.1? 進程的引入

2.1.1程序的順序執(zhí)行

1.程序的順序執(zhí)行

程序是人們要計算機完成特定功能的一些指令序列，是一個按嚴格次序、順序執(zhí)行的操作序列，是一個靜態(tài)的概念。

如：有一個程序，要求先輸入數(shù)據(jù)，再做相應的計算，最后輸出結果并用打印機打印。分別用I、C、P代表以上3個程序段，這樣，上述3個程序段的執(zhí)行順序為：
??????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? I→C→P。

2．程序順序執(zhí)行時的特征

（1）順序性。
?????? 處理機的操作嚴格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即只有前一個程序段完成才執(zhí)行下一個程序段，上一條指令完成再去執(zhí)行下一條指令。
（2）封閉性。
?????? 程序是在封閉環(huán)境下運行的。
?????? 程序運行時獨占全機資源，資源的狀態(tài)除初始狀態(tài)外，只有該程序本身才能改變它。
?????? 程序執(zhí)行的最終結果由給定的初始條件決定，不受外界因素的影響。
（3）可再現(xiàn)性。
?????? 順序執(zhí)行的最終結果可再現(xiàn)。
?????? 也就是說它與執(zhí)行速度及執(zhí)行的時刻無關，只要輸入的初始條件相同，無論何時重復執(zhí)行該程序，結果都是相同的。

2.1.2? 程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征

1．并發(fā)執(zhí)行的概念

? ? ? ? 所謂程序的并發(fā)性，是指多道程序在同一時間間隔內(nèi)同時發(fā)生。
??????? 程序的并發(fā)執(zhí)行可總結為：一組在邏輯上互相獨立的程序或程序段在執(zhí)行過程中，其執(zhí)行時間在客觀上互相重疊，即一個程序段的執(zhí)行尚未結束，另一個程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始的一種執(zhí)行方式。

2．程序并發(fā)執(zhí)行時的特征

（1）間斷性
??????? 程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于它們共享系統(tǒng)資源，以及為完成同一項任務而相互合作，致使這些并發(fā)執(zhí)行的程序之間，形成了相互制約的關系。相互制約將導致并發(fā)程序具有“執(zhí)行——暫?！獔?zhí)行”這種間斷性的活動規(guī)律。

（2）失去封閉性
??????? 程序在并發(fā)執(zhí)行時，是多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)將由多個運行的程序來改變，致使程序的運行失去了封閉性。例如，當處理機被某個程序占有時，另一程序必須等待。
（3）不可再現(xiàn)性
??????? 在并發(fā)環(huán)境下，同一個程序執(zhí)行多次，執(zhí)行的結果可能不同。
例如，有兩個循環(huán)程序A和B，它們共享一個變量N，初值為0。
程序A（）：????????????????????????????????????? 程序B（）：
{do??????????????????????????????????????????????????? ? {do
?? ? N=N+1;???????????????????????????????????????????????? print(N);
???? While(1)??????????????????????????????????????????????? While(1)
}?????????????????????????????????????????????????????????? }
?? 程序A和程序B以不同的速度運行，出現(xiàn)的結果可能不同。例如，當程序A和程序B運行的速度相近時，打印的結果為1、2、3、…；而當程序A的執(zhí)行速度是程序B的2倍時，打印的結果可能是2、4、6…。

小結：引入進程的意義

??????? 從上例來看，程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于失去了封閉性，其計算結果與并發(fā)程序的執(zhí)行速度有關，從而使程序失去了可再現(xiàn)性，程序經(jīng)過多次執(zhí)行后，雖然執(zhí)行時的環(huán)境和初始條件相同，但得到的結果卻各不相同。
??????? 所以，從上面的討論看，由于程序的順序性、間斷性和不可再現(xiàn)性，用程序作為描述其執(zhí)行過程以及共享資源的基本單位是不合適的。
??????? 這就需要一個既能描述程序的執(zhí)行過程，又能用來共享資源的基本單位，這個基本單位被稱為進程。

2.1.3? 進程的定義與特征

1．進程的定義

? ? ? ? ?進程是操作系統(tǒng)中最基本、最重要的概念之一。人們對進程下過許多定義。現(xiàn)列舉其中的幾種：
?（1）進程是程序的一次執(zhí)行。
?（2）進程是可以和別的進程并發(fā)執(zhí)行的計算。
?（3）進程就是一個程序在給定活動空間和初始條件下，在一個處理機上的執(zhí)行過程。
?（4）進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程，它是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。
?（5）進程是動態(tài)的，有生命周期的活動。內(nèi)核可以創(chuàng)建一個進程，最終將由內(nèi)核終止該進程使其消亡。
????? 綜上觀點定義為：“并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的執(zhí)行過程”?????? 【運行著的程序】

補充：進程和程序之間的關系

?????? 進程和程序是兩個完全不同的概念，但又有密切的聯(lián)系。程序是規(guī)定的工作流程，進程則是實際的工作過程。
?????? 它們之間的主要區(qū)別是：
??? （1）程序是靜態(tài)的概念，而進程則是程序的一次執(zhí)行過程。它是動態(tài)的概念。
??? （2）進程是一個能獨立運行的單位，能與其它進程并發(fā)執(zhí)行；而程序是不能作為一個獨立運行的單位而并發(fā)執(zhí)行的。
??? （3）程序和進程無一一對應的關系。
??? （4）各個進程在并發(fā)執(zhí)行過程中會產(chǎn)生相互制約關系，而程序本身是靜態(tài)的，不存在這種異步特征。

2．進程的特征

從進程與程序的區(qū)別可以看出，進程具有如下特征：
（1）動態(tài)性
??????? 動態(tài)性是進程最基本的特性。進程由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停執(zhí)行，以及因撤消而消亡。
（2）并發(fā)性
?????? 這是指多個進程實體，同存于內(nèi)存中，能在一段時間段內(nèi)同時執(zhí)行。并發(fā)性是進程的重要特征，同時也是操作系統(tǒng)的重要特征。提高并發(fā)性，可以提高系統(tǒng)的效率。
（3）獨立性
?????? 進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)中獨立獲得資源和獨立調(diào)度的基本單位。
（4）異步性
??????? 這是指進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進；或者說，進程按異步方式運行。
（5）結構特征
??????? 從結構上看，進程實體是由程序段、數(shù)據(jù)段及進程控制塊三部分組成，也稱這三部分為進程映像。

2.1.4? 進程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

??? 進程的動態(tài)性由它的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換來體現(xiàn)的。

1．進程的三個基本狀態(tài)

? ? 進程通常至少有三種基本狀態(tài)：
?（1）就緒狀態(tài)（ready）
?????? 進程運行所需的外部條件滿足，但因為其它進程已占用CPU，所以暫時不能運行。
?（2）執(zhí)行狀態(tài)(running)
?????? 外部條件滿足，進程已獲得CPU，其程序正在執(zhí)行。在單處理機系統(tǒng)中，只有一個進程處于執(zhí)行狀態(tài)。
? （3）阻塞狀態(tài)(blocked)
?????? 進程因資源無法滿足而等待資源，暫時不能運行的狀態(tài)，稱為阻塞狀態(tài)，也稱為等待狀態(tài)。
?????? 系統(tǒng)中處于阻塞狀態(tài)的進程可能有多個，通常將它們排成一個隊列，也有的系統(tǒng)則根據(jù)阻塞原因的不同將這些進程排成多個隊列。

2．進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

（1）就緒 ----> 執(zhí)行
????? 對于處于就緒狀態(tài)的進程，在調(diào)度程序為之分配了處理機之后，該進程便可執(zhí)行。相應地，它由就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)。
（2）執(zhí)行 ----> 就緒
?????? 正在執(zhí)行的進程（執(zhí)行狀態(tài)）也稱為當前進程，如果因分配給它的時間片已用完而被暫停執(zhí)行時，該進程便由執(zhí)行狀態(tài)又回到就緒狀態(tài)；
（3）執(zhí)行 ----> 阻塞
?????? 一個處在執(zhí)行狀態(tài)的進程，如果因等待資源而使進程的執(zhí)行受阻，使之無法繼續(xù)執(zhí)行，該進程將由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。
（4）阻塞 ----> 就緒
?????? 一個處于阻塞狀態(tài)的進程，當它所需的外部事件滿足，它應由阻塞狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。

補充：引入掛起狀態(tài)時的進程狀態(tài)------掛起 、激活

?????? 除了上述3種基本狀態(tài)以外，很多系統(tǒng)中又引入了掛起狀態(tài)。?????? ?
?????? 所謂掛起狀態(tài)，實際上就是一種靜止的狀態(tài)。一個進程被掛起后，不管它是否在就緒狀態(tài)，系統(tǒng)都不分配給它處理機。
? ? ?? 處于掛起狀態(tài)的進程要想重新進入到活動狀態(tài)，必須被激活（即轉(zhuǎn)換為活動狀態(tài)），然后才有可能執(zhí)行。
????? 因此在引入掛起狀態(tài)后，進程之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換除了四種基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換以外，又增加了以下幾種：
?（1）活動就緒—掛起—靜止就緒。
?（2）活動阻塞—掛起—靜止阻塞。
?（3）靜止就緒—激活—活動就緒。
?（4）靜止阻塞—激活—活動阻塞。

2.1.5 ?Linux進程的狀態(tài)

Linux系統(tǒng)的一個任務總體上有以下幾種狀態(tài)：

（1）TASK-RUNNING狀態(tài) :執(zhí)行和就緒兩種狀態(tài)

（2）TASK-INTERRUPTIBLE狀態(tài):可中斷的等待狀態(tài)。

（3）TASK-UNINTERRUPTIBLE狀態(tài):不可中斷等待狀態(tài)。

（4）TASK-ZOMBIE狀態(tài)，僵死狀態(tài)。由于某些原因進程被終止，這個進程所占有的資源全部釋放之后，還保存著PCB信息，這種占有PCB但已被撤消的進程就處于僵死狀態(tài)。

（5）TASK-STOPPED狀態(tài)，暫停狀態(tài)。

2.2 ?進程的描述

? ? ? ?進程的活動是通過在CPU上執(zhí)行一系列程序和對相應數(shù)據(jù)進行操作來體現(xiàn)的。

? ? ? ?程序和操作的數(shù)據(jù)是進程存在的實體。 ? ? ?

? ? ? ?程序和數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，無法反映出其動態(tài)性，還需要一個數(shù)據(jù)結構來描述進程的動態(tài)性（當前的狀態(tài)、本身的特性等）。這種數(shù)據(jù)結構稱為進程控制塊PCB （Process Control Block）。 ? ?所以，進程實體通常是由程序、數(shù)據(jù)集合和進程控制塊PCB這三部分構成，也稱為“進程映象”。

2.2.1 ?進程控制塊PCB

? ? ? ? PCB集中反映一個進程的動態(tài)特征，當系統(tǒng)創(chuàng)建了一個新進程時，就為它建立一個PCB；當進程終止后，系統(tǒng)回收其PCB，該進程在系統(tǒng)中就不存在了。所以，PCB是進程存在的惟一標志。 ? ? ? ? 可以按照功能將PCB分成四個組成部分： ? ? ? ?

? ? ? ? 進程標識符、處理機狀態(tài)、進程調(diào)度信息、進程控制信息。

1．進程標識符

進程標識符用于惟一地標識一個進程。 ? ? ? ?

一個進程通常有兩種標識符：?進程內(nèi)部標識符、?進程外部標識符。

（1）進程內(nèi)部標識符。 ? ? ?

? ? ? ?在所有的操作系統(tǒng)中，為每一個進程賦予一個惟一的數(shù)字標識符，它通常是一個進程的序號。設置內(nèi)部標識符主要是為了方便系統(tǒng)使用。

（2）進程外部標識符。? ? ? ??

? ? ? ?它由創(chuàng)建者提供，通常是由字母、數(shù)字組成，往往由用戶（進程）在訪問該進程時使用。為了描述進程的家族關系，還應設置父進程標識及子進程標識。

2．處理機狀態(tài)? ? ? ?

? ? ? ?處理機狀態(tài)信息主要由處理機的各種寄存器中的內(nèi)容組成。處理機在運行時，許多信息都放在寄存器中。當處理機被中斷時，這些信息都必須保存在PCB中，以便在該進程重新執(zhí)行時能從斷點繼續(xù)執(zhí)行。處理機的寄存器包括通用寄存器、指令計數(shù)器、程序狀態(tài)字PSW、用戶棧指針。

3．進程調(diào)度信息 ? ?

? ? ? ? PCB中還存放一些與進程調(diào)度和進程對換有關的信息。

（1）進程狀態(tài)。 ? ? ? ?

?指明進程當前的狀態(tài)，作為進程調(diào)度和對換的依據(jù)。

（2）進程優(yōu)先級。 ? ? ? ?

進程使用處理機的優(yōu)先級別的整數(shù)，優(yōu)先級高的進程應優(yōu)先獲得CPU。

（3）進程調(diào)度所需要的其它信息。 ? ? ? ? ?

與所采用的進程調(diào)度算法有關，如進程已等待CPU的時間、進程已運行的時間等。

（4）事件或阻塞原因。 ? ? ?

指進程由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)所需要等待發(fā)生的事件。

4．進程控制信息 ? ?

進程控制信息包括：

（1）程序和數(shù)據(jù)的地址: ? ? ? ?

進程的程序和數(shù)據(jù)所在的內(nèi)存或外存地址，以便再調(diào)度到該進程執(zhí)行時，能從PCB中找到其程序和數(shù)據(jù)。

（2）進程同步和通信機制: ? ? ? ?

實現(xiàn)進程同步和進程通信時必需的機制，如消息隊列指針、信號量等，它們可能全部或部分地放在PCB中。

（3）資源清單: ? ? ?

?是一張列出了除CPU以外、進程所需的全部資源及已經(jīng)分配到該進程的資源清單。

（4）鏈接指針: ? ? ? ?

本進程PCB所在隊列的下一個進程PCB的首地址。

2.2.2 ?進程控制塊的組織方式

各進程的PCB有如下幾種組織方式： ? ?

?線性方式、?鏈接方式、索引方式。

1．線性方式 ? ?

將各進程的PCB依次放入一個表中，結構如下圖所示。

2．鏈接方式

? ? ? ?鏈接方式是經(jīng)常采用的方式。其原理是：按照進程的不同狀態(tài)分別將其放在不同的隊列。Linux操作系統(tǒng)就是應用這種進程控制塊組織方式。

3．索引方式

? ? ? ?系統(tǒng)根據(jù)所有進程的狀態(tài)建立幾張索引表。如就緒索引表、阻塞索引表等。并把各索引表在內(nèi)存的首地址記錄在內(nèi)存的一些專用單元中。 在每個索引表的表目中，記錄具有相應狀態(tài)的某個PCB在PCB表中 的地址。

2.2.3 ?Linux進程的PCB

? ? ? ? Linux系統(tǒng)中的進程稱為任務。

該系統(tǒng)的進程控制塊PCB用一個稱為task-struct的結構體來描述， Linux系統(tǒng)PCB包含以下信息：

1． 進程描述信息

（1）進程標識號（pid， process identifier）

（2）用戶和組標識（user and group identifier）

（3） 連接信息（Links）

2．進程控制信息

（1） 進程當前狀態(tài)

（2）調(diào)度信息

（3）記時信息

（4） 通信信息

3． 進程資源信息 ? ? ? ?

? ? ? ?記錄了與該進程有關的存儲器的各種地址和資料、文件系統(tǒng)以及打開文件的信息等等。

4． CPU現(xiàn)場信息 ? ? ?

? ? ? ?每個進程運行時都要使用處理器的寄存器以及堆棧等資源。當一個進程被掛起時，所有有關處理處理器的內(nèi)容都要保存到task_struct結構中。當進程恢復運行時，所有保存的內(nèi)容再裝入到處理器中。

2.3 ?進程控制

? ? ? ? 進程和處理機管理的一個重要任務是進程控制。 ? ? ? ?

? ? ? ? 所謂進程控制，就是系統(tǒng)使用具有特定功能的程序段來創(chuàng)建、撤消進程以及完成進程各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，從而達到多進程高效率并發(fā)執(zhí)行和協(xié)調(diào)、實現(xiàn)資源共享的目的。 ? ? ? ?

? ? ? ? 系統(tǒng)在運行時分為兩種狀態(tài)：即核心態(tài)和用戶態(tài)。 ? ? ?

? ? ? ? 核心態(tài)也叫系統(tǒng)態(tài)或管態(tài)，是指CPU在運行操作系統(tǒng)的核心模塊；用戶態(tài)也稱用態(tài)，是指CPU正在運行用戶的程序。

? ? ? ?原語的概念：把系統(tǒng)態(tài)下執(zhí)行的某些具有特定功能的程序段稱為原語，原語的特點是不可被中斷。 ? ? ? ?

? ? ? ?系統(tǒng)在創(chuàng)建、撤消一個進程以及要改變進程的狀態(tài)時，都要調(diào)用相應的程序段來完成這些功能。用于進程控制的原語有創(chuàng)建原語、撤消原語、阻塞原語和喚醒原語等。

2.3.1 ?進程的家族關系

? ? ? ?操作系統(tǒng)通過內(nèi)核原語來實現(xiàn)進程控制。在系統(tǒng)初始化完成后，系統(tǒng)就可創(chuàng)建進程。 ? ?

? ? ? ?創(chuàng)建者稱為父進程，被創(chuàng)建的新進程稱為子進程，子進程又可以創(chuàng)建自己的子進程，從而形成一棵有向的進程家族樹。 ? ?

? ? ? ? 子進程與父進程之間的關系: ? ?

? ? ? ?子進程的許多屬性都是從父進程繼承來的，子進程與父進程的區(qū)別是形成自己獨立的屬性。? ? ? ? ? ?子進程可以從父進程繼承的屬性包括：用戶標識符、環(huán)境變量、打開文件、文件系統(tǒng)的當前目錄、已經(jīng)連接的共享存儲區(qū)和信號處理處理例程入口表等。 ? ? ?

? ? ? ? 子進程不能從父進程繼承的屬性包括：進程標識符和父進程標識符等。

2.3.2 ?進程的創(chuàng)建與終止

1．進程的創(chuàng)建 ? ? fork.c ? ? ?

? ? ? ? 在多道程序環(huán)境下，為使程序運行，必須為他創(chuàng)建進程。 ? ? ?

? ? ? ? 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)要求創(chuàng)建進程的事件請求后，便通過調(diào)用創(chuàng)建原語Creat( )創(chuàng)建進程。

? ? ? ? 其步驟如下：

? ? ?（ 1）申請空白PCB。 ? ?

? ? ? ?為新進程申請獲得惟一的進程標識符，并從PCB集合中索取一個空白PCB。 ? ? ? ?

? ? ?（2）為新進程分配資源。 ?

? ? ? ?包括新創(chuàng)建進程的程序、數(shù)據(jù)及用戶棧所需的內(nèi)存空間。

? ? （3）初始化進程控制塊。 ? ? ? ? ?

? ? ? ?初始化標識信息，如進程標識符；處理機狀態(tài)信息，使程序計數(shù)器指向程序的入口地址，使棧指針指向棧頂；處理機控制信息，將新建進程的狀態(tài)設置為就緒狀態(tài)（活動就緒或靜止就緒狀態(tài)）；進程的優(yōu)先級等。

? ? （4）將新建進程插入就緒態(tài)隊列。

2．進程的終止過程 ? ? ? ?

? ? ? ? 系統(tǒng)檢測到要求進程終止事件，操作系統(tǒng)調(diào)用進程終止原語，終止本進程的執(zhí)行。操作過程如下：

（1）根據(jù)被終止進程的標識符，從PCB隊列中檢索出該進程的PCB，從中讀出該進程的狀態(tài)。 （2）若被終止進程正處于執(zhí)行狀態(tài)，應立即終止該進程的執(zhí)行，該進程被終止后應重新進行進程調(diào)度。

（3）檢查該進程有無子孫進程，若有，則應將其所有子孫進程終止。

（4）釋放終止的進程所占有的資源，將其歸還它的父進程或者系統(tǒng)。

（5）將被終止的進程從它的PCB隊列中移出。

2.3.3 ?進程的阻塞與喚醒

? ? ? ? 進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要通過進程之間的同步或通信機構來實現(xiàn)，也可直接使用“阻塞原語”和“喚醒原語”來實現(xiàn)。 ? ?

? ? ? ? 阻塞原語在一個進程期待某一事件發(fā)生，但發(fā)生條件還不滿足時，被該進程自己調(diào)用來阻塞自己，并轉(zhuǎn)換為等待狀態(tài)。 ? ?

? ? ? ?當?shù)却犃兄械倪M程所等待的事件發(fā)生時，等待該事件的進程都將被喚醒。喚醒一個進程有兩種方法，一種是由系統(tǒng)進程喚醒，另一種是由事件發(fā)生進程喚醒。

? ? ? ?實現(xiàn)進程的執(zhí)行狀態(tài)到阻塞狀態(tài)的原語為阻塞原語；由阻塞狀態(tài)到就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原語分為喚醒原語 。

2.3.4 ?Linux系統(tǒng)調(diào)用

在Linux系統(tǒng)中，系統(tǒng)向用戶提供了一些對進程進行控制的系統(tǒng)調(diào)用。常用的有：

1．fork( )系統(tǒng)調(diào)用 ? ? ? ? ? ?fork.c ? ?

? ? ? ?Linux利用fork( ) 系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個新進程。 ? ? ?

? ? ? ?fork()系統(tǒng)調(diào)用的格式是：?int fork()； ? ? ?

? ? ? ?通常情況下，設返回值為int pid，調(diào)用格式為：pid=fork(); ?fork()是通過復制來創(chuàng)建子進程的，子進程繼承父進程的上下文，是父進程的一個副本，與父進程使用同一段代碼。在該系統(tǒng)調(diào)用之后，兩個代碼相同的進程并發(fā)執(zhí)行。fork系統(tǒng)調(diào)出錯可能基于以下兩方面的原因：一是當前進程數(shù)量已達到系統(tǒng)規(guī)定的最大值，二是系統(tǒng)內(nèi)存不足。

通常情況下，設返回值為int pid，調(diào)用格式為： pid=fork(); 其中，返回值pid意義如下： pid=0：創(chuàng)建子進程成功，表示從子進程返回，即CPU正在運行該子進程。 pid>0：創(chuàng)建子進程成功，表示從父進程返回，pid的值為新創(chuàng)建的子進程標識號。 pid=-1：創(chuàng)建失敗。

用進程的家族關系

main()
{
   fork(); 
   fork(); 
   fork(); 
   printf(“S”);
}  
結果：SSSSSSSS

2．Exec系統(tǒng)調(diào)用 ? ? ? ?

? ? ? 利用exec系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行另一個程序。 ? ? ? ?

? ? ? ?在Linux系統(tǒng)中，當由fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個子進程后，可再利用exec( ? ? )系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行另一個程序。

3．exit( )系統(tǒng)調(diào)用 ? ? ?

? ? ? ? 對于一般的用戶進程，在其任務完成后應被盡快撤消。 ? ? ? ?

? ? ? ? Linux系統(tǒng)用exit()系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)進程的自我終止。通常，父進程在創(chuàng)建子進程時，應在進程的末尾寫一條exit()，使子進程自我終止。

4．wait系統(tǒng)調(diào)用 ? ? ? ?

? ? ? ?將調(diào)用進程掛起，直至其子進程因暫?；蚪K止而發(fā)來軟中斷信號為止。

2.4 ?進程的同步與互斥?

? ? ? ?進程的并發(fā)提高了系統(tǒng)效率，也同時導致了資源的競爭與共享。必須控制好進程的同步與互斥。

2.4.1 ?臨界資源的概念

1．臨界資源 ? ? ?

? ? ? ?兩個或兩個以上的進程不能同時使用的資源為臨界資源。?臨界資源可能是一些獨占設備，如打印機、磁帶機等；也可能是一些共享變量、表格、鏈表等。

2．臨界區(qū)

? ? ? ?不論硬件臨界資源，還是軟件臨界資源，多個進程必須互斥地訪問臨界資源。

? ? ? ?臨界區(qū): ? ? 每個進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)。

? ? ? ?進入?yún)^(qū): ?在臨界區(qū)前面增加一段用于進行檢查是否正被其他進程訪問的的代碼，把這段代碼稱為進入?yún)^(qū)，進入?yún)^(qū)設置訪問標志；

? ? ? ?退出區(qū): ?在臨界區(qū)后面再加一段用于退出臨界區(qū)的代碼，稱為退出區(qū)，退出區(qū)取消訪問標志。? ? ? ? ?剩余區(qū): 進程中除去上述各區(qū)外，其它部分的代碼，稱為剩余區(qū)。

? ? ? ?因此，一個訪問臨界資源的進程描述如下：

? repeat ? ?

? ? ? ?進入?yún)^(qū)：檢查是否有進程使用臨界資源，有則阻塞自己，無則設置標志

? ? ? ?臨界區(qū)：使用臨界資源

? ? ? ?退出區(qū)：使用完臨界資源后釋放臨界資源，設置未使用標志，其他進程使用

? ? ? ?剩余區(qū)：其他代碼

? until false;

2.4.2 ?進程的互斥與同步

1．同步與互斥的概念 ? ?

? ? ? ?進程互斥是指多個進程不能同時使用同一個臨界資源CR，即兩個或兩個以上進程必須互斥地使用臨界資源，或不能同時進入臨界區(qū)CS。 ? ? ? ?

? ? ? ?兩個邏輯上完全獨立、毫無關系的進程，由于競爭同一個資源而相互制約，就稱為進程的互斥。如系統(tǒng)只有一臺打印機，兩個進程都要使用。為了保證打印結果的正確和方便使用，只能一個進程用完打印機后，另一個進程才能使用。 ? ? ? ?

? ? ? ?進程同步，是指有協(xié)作關系的進程之間，要不斷地調(diào)整它們之間的相對速度或執(zhí)行過程，以保證臨界資源的合理利用和進程的順利執(zhí)行。實現(xiàn)進程同步的機制稱為進程同步機制。如兩個進程合作使用同一個緩沖區(qū)。設進程A負責往緩沖區(qū)中輸入數(shù)據(jù)，進程B負責從同一緩沖區(qū)中輸出數(shù)據(jù)。當進程A將數(shù)據(jù)輸滿緩沖區(qū)，則只有當進程B將該數(shù)據(jù)讀出后，進程A才能繼續(xù)使用該緩沖區(qū)，否則將造成數(shù)據(jù)丟失。此時，進程A和進程B之間就形成了同步關系。

2．同步機制應遵循的規(guī)則 ? ? ?

? ? ? 為實現(xiàn)進程互斥地進入自己的臨界區(qū)，所有同步機制都應遵循下列準則：

? ? （1）空閑讓進：并發(fā)進程中某個進程不在臨界區(qū)時，不阻止其他進程進入臨界區(qū)。

? ? （2）忙則等待：并發(fā)進程中的若干個進程申請進入臨界區(qū)時，只允許一個進程進入。?當已有進程進入臨界區(qū)時，其他申請進入臨界區(qū)的進程必須等待，以保證對臨界資源的互斥訪問。? ?

? ? （3）有限等待：保證等待有限時間，不能無限期等待，陷入“等死”狀態(tài) 。

? ? （4）讓權等待：當進程不能進入自己的臨界區(qū)時，應立即釋放處理機，以免進程陷入“忙等”狀態(tài)。

2.4. 3 實現(xiàn)進程同步的軟件方法

? ? ? ?1981年，G.L.Peterson提出了一個簡單的算法來解決進程互斥進入臨界區(qū)的問題。這種方法描述為：為每個進程設置一個標志，當標志值為true時，表示此進程要求進入臨界區(qū)，另外，再設置一個指示器turn，即當turn=＝i時，表示進程pi可以進入臨界區(qū)。 以下是Peterson算法的描述。

2.4.4 實現(xiàn)進程同步的硬件機制

? ? ? ?許多計算機已經(jīng)提供了一些特殊的硬件指令，允許對一個字中的內(nèi)容進行檢測和修改正，或者是對兩個字的內(nèi)容進行交換等?？衫眠@些特殊的指令來解決臨界區(qū)問題。下面是實現(xiàn)對臨界區(qū)管理的硬件方法。

1．關中斷 ? ? ? ?

? ? ? ?實現(xiàn)互斥最簡單的方法是在進程進入臨界區(qū)時關中斷，進程退出臨界區(qū)時開中斷。中斷被關后，時鐘中斷也被屏蔽，進程上下文切換都是由中斷事件引起的，這樣進程的執(zhí)行就不會被打斷，因此采用關中斷、開中斷的方法就可確保并發(fā)進程互斥地進入臨界區(qū)。

2．測試并設置指令

? ? ? ?使用硬件所提供的“測試并設置”機器指令TS(Test and Set)，實現(xiàn)進程之間的互斥。該指令是一條原語，需獨立執(zhí)行，可把這條指令看作函數(shù)，它的返回值和參數(shù)都是布爾類型。當TS(&x)測到x值為true時，置x=false，且根據(jù)所測試到的x值形成條件碼。

3．對換指令

? ? ? 對換指令swap用于交換兩個字的內(nèi)容。

2.5 ?信號量機制

2.5.1 ?信號量的概念 ? ? ? ?

? ? ? ?信號量（Semaphore），也叫做信號燈，它是在信號量同步機制中用于實現(xiàn)進程的同步和互斥的有效數(shù)據(jù)結構。 ? ? ? ?

? ? ? ?可以為每類資源設置一個信號量。 ? ? ? ?

? ? ? ?它有多種類型的數(shù)據(jù)結構，即：整型信號量、記錄型信號量、ＡＮＤ型信號量及信號量集等。 ? ? ? ?申請和釋放臨界資源的兩個原語操作： ? ? ? ?

? ? ? ?P操作--wait操作； ? ? ? ?進入?yún)^(qū) ? ? ? ?

? ? ? ?V操作--signal操作； ? ? 退出區(qū) ? ?

? ? ? ?P、V操作的操作對象是信號量

1．整型信號量

? ? ? ? 整型信號量的數(shù)值表示當前系統(tǒng)中可用的該類臨界資源的數(shù)量。 ? ? ? ? ?

? ? ? ? 如設置整型信號量s，則s的值意義為：

? ? ? ? s > 0，則s的值表示系統(tǒng)中空閑的該類臨界資源的個數(shù)；

? ? ? ? s = 0，則表示系統(tǒng)中該類臨界資源剛好全部被占用，而且沒有進程在等待該臨界資源；

? ? ? ? s < 0，則s的絕對值表示系統(tǒng)中的進程等待該類臨界資源的個數(shù)；

2．記錄型信號量

?記錄型信號量的數(shù)據(jù)結構由兩部分構成。定義記錄型信號量類型，有如下描述： ? ? ?

struct semaphore
{
    int s;
    struct PCB  *queue;
}semaphore；

? ? ? ?定義記錄型信號量Ｓ，則：s的值value表示系統(tǒng)中可用的該類臨界資源的數(shù)量; ?queue為進程鏈表指針，指向等待該類資源的PCB隊列?

2.5.2 信號量的申請與釋放

1、p操作----釋放資源

2、v操作?----申請資源

2.5.3 ?利用信號量實現(xiàn)進程的同步和互斥

可以用wait(s)和signal(s)操作處理飛機買票問題。 對臨界資源n設一互斥信號量S，將原進程T1及T2做如下修改：

2.6 ?進程同步問題舉例

? ? ? ?利用P、V操作可以實現(xiàn)進程之間的同步。

? ? ? ?關于這類問題的應用有兩種類型： 一種是對于臨界資源，在使用之前申請，使用之后釋放，我們給這類資源設一個互斥信號量即可；

? ? ? ?第二種類型是利用信號量控制進程之間運行的順序，這時需要根據(jù)實際情況設置多于一個信號量，對同一個信號量的P、V操作在不同的進程之間進行。

2.6.1 ?兩個簡單的例子

例1

系統(tǒng)中有多個進程，共同使用一臺打印機。寫出這些進程并發(fā)執(zhí)行時，同步使用打印機的程序段。

例2

有一個緩沖區(qū)，供多個進程共享。這些進程中有生產(chǎn)者進程和消費者進程。寫出多個進程共同使用同一個緩沖區(qū)時實現(xiàn)進程同步的程序。

1．問題的描述

? ? ? ?有一批生產(chǎn)者進程在生產(chǎn)產(chǎn)品，并將這些產(chǎn)品提供給消費者進程去消費。 ? ? ? ?

? ? ? ?生產(chǎn)者進程與消費者進程能并發(fā)執(zhí)行，在兩者之間設置了一個具有n個緩沖區(qū)的緩沖池. ? ? ? ?

? ? ? ?生產(chǎn)者進程將它所生產(chǎn)的產(chǎn)品放入一個緩沖區(qū)中； ? ? ? ?

? ? ? ?消費者進程可從一個緩沖區(qū)中取走產(chǎn)品去消費。 ? ? ? ?

? ? ? ?規(guī)定消費者進程不能到一個空緩沖區(qū)中去取產(chǎn)品； ? ? ?

? ? ? ?生產(chǎn)者進程不能將產(chǎn)品放入一個已裝滿產(chǎn)品且尚未被取走的緩沖區(qū)中。

?2．在生產(chǎn)者—消費者問題中應注意：

（１）在每個程序中用于實現(xiàn)互斥的P(mutex)和V(mutex)必須成對地出現(xiàn)。

（２）對資源信號量empty和full的P和V操作，同樣需要成對地出現(xiàn)，但它們分別處于不同的進程中，這樣保證生產(chǎn)者進程和消費者進程的同步及交替執(zhí)行。

（３）在每個進程中，兩個P操作順序不能顛倒，而signal操作的次序是無關緊要的 。

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