1 引言
今天整理的内容是计算机操作系统（第四版）第二章前四节的内容。分别是前趋图和程序执行、进程的描述、进程控制、进程同步。开始！
2 前趋图和程序执行
2.1 前趋图
用于描述程序执行先后顺序。能更好地描述程序的顺序和并发执行情况。
前趋图(Precedence Graph)，是指一个有向无循环图，可记为DAG(Directed Acyclic Graph) 。
2.2 程序顺序执行
1.程序的顺序执行
通常，一个应用程序由若干个程序段组成，每一个程序段完成特定的功能，它们在执行时，都需要按照某种先后次序顺序执行，仅当前一程序段执行完后，才运行后一程序段。
2.程序顺序执行时的特征
（1）顺序性
每一操作必须在下一个操作开始之前结束
（2）封闭性
指程序在封闭的环境下运行，即程序运行时独占全机资源，资源的状态(除初始状态外)只有本程序才能改变它，程序一旦开始执行，其执行结果不受外界因素影响
（3）可再现性
指只要程序执行时的环境和初始条件相同，当程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是“停停走走”地执行，都可获得相同的结果。
2.3 程序的并发执行
1.程序的并发执行
个人理解：多个程序可以并发执行，彼此之间互不干扰。
2.程序并发执行时的特征
（1）间断性（2） 失去封闭性（3） 不可再现性
3 进程的描述
3.1 进程的定义和特征
1.进程的定义
(1) 进程是程序的一次执行。
(2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。
(3) 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
2.进程的特征
(1) 动态性。进程有生命周期，而程序没有。
(2) 并发性。多个进程可以同时运行。
(3) 独立性。进程独立获取资源。
(4) 异步性。多个进程是独立的，按不可预知的速度运行。
3.2 进程的基本状态及转换
1.进程的三种基本状态
（1）就绪态：即进程已经分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要获得CPU，便可立即执行。
（2）执行态：这是指进程已获得CPU，其程序正在执行的状态。
（3）阻塞态（等待状态或封锁状态）：这是指正在执行的进程由于发生某时间无法继续执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞。
2.三种基本状态的转换
3.创建状态和终止状态
（1）创建状态
如果进程的资源尚得不到满足，创建工作尚未完成，进程不能被调度，于是把此时进程所处的状态称为创建状态。
（2）终止状态
进入终止态的进程以后不能再执行，但在操作系统中依然保留一个记录，其中保存状态码和一些计时统计数据，供其他进程收集。
3.3 挂起操作和进程状态的转换
1.挂起操作的引入
(1) 终端用户的需要。(2) 父进程请求。(3) 负荷调节的需要。(4) 操作系统的需要。
2.引入挂起原语操作后三个进程状态的转换
(1) 活动就绪→静止就绪。(2) 活动阻塞→静止阻塞。(3) 静止就绪→活动就绪。(4) 静止阻塞→活动阻塞。
3.引入挂起操作后五个进程状态的转换
增加考虑下面的几种情况：
(1) NULL→创建
(2) 创建→活动就绪
(3) 创建→静止就绪
(4) 执行→终止
3.4 进程管理中的数据结构
1.操作系统中用于管理控制的数据结构
一般分为以下四类：内存表、设备表、文件表和用于进程管理的进程表。
2. 进程控制块PCB的作用
（1）为了描述和控制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块PCB(Process Control Block)，它是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。PCB中记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。
（2）OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。
系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的。所以说，PCB是进程存在的惟一标志。
（3）PCB可以被操作系统中的多个模块读或者修改
（4）因为PCB经常被系统访问，尤其是被运行频率很高的进程及分派程序访问，故PCB常驻内存。
注：（1）-（4）是上课的笔记，并不是书上的内容，以下是书上的内容。
(5) 作为独立运行基本单位的标志。
(6) 能实现间断性运行方式。 PCB中能保存进行运行的上下文。
(7) 提供进程管理所需要的信息。比如进程用到的资源清单。
(8) 提供进程调度所需要的信息。
(9) 实现与其它进程的同步与通信。
3.进程控制块中的信息
（1）进程标识信息 （2）处理机状态信息保护区 （3）进程调度信息 （4）进程控制信息
4.进程控制块的组织方式
(1) 线性方式，即将系统中所有的PCB都组织在一张线性表中，将该表的首址存放在内存的一个专用区域中。该方式实现简单、开销小，但每次查找时都需要扫描整张表，因此适合进程数目不多的系统。
(2) 链接方式，即把具有相同状态进程的PCB分别通过PCB中的链接字链接成一个队列。
(3) 索引方式，即系统根据所有进程状态的不同，建立几张索引表。
4 进程控制
进程控制是进程管理中最基本的功能，主要包括创建新进程、终止已完成的进程、将因发生异常情况而无法继续运行的进程置于阻塞状态、负责进程运行中的状态转换等功能。进程控制一般是由OS的内核中的原语来实现的。4.1 操作系统内
目的：为了防止OS本身及关键数据（如PCB）遭受到应用程序有意无意的破坏，将处理机的执行状态分为系统态和用户态：1. 系统态：具有较高的特权，能执行一切指令，能访问所有寄存器和存储区，传统的OS都在系统态运行。2. 用户态：具有较低的特权，仅能执行规定的指令，访问规定的寄存器和存储区。一般情况下，应用程序只能运行在用户态，不能去执行OS指令及访问OS区域。
1. 支撑功能
(1) 中断处理。(2) 时钟管理。(3) 原语操作。
2. 资源管理功能 (1) 进程管理。(2) 存储器管理。(3) 设备管理。
4.2 进程的创建
1. 进程的层次结构
在OS中，允许一个进程创建另一个进程，通常把创建进程的进程称为父进程，而把被创建的进程称为子进程。子进程可继续创建更多的孙进程，由此便形成了一个进程的层次结构。
2. 进程图
为了形象地描述一个进程的家族关系而引入了进程图(Process Graph)。所谓进程图就是用于描述进程间关系的一棵有向树。
3. 引起创建进程的事件
（1）用户登录 （2）作业调度 （3）提供服务 （4）应用请求
4.进程的创建
(1) 申请空白PCB，为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。
(2) 为新进程分配其运行所需的资源，包括各种物理和逻辑资源，如内存、文件、I/O设备和CPU时间等。
(3) 初始化进程控制块(PCB)。
(4) 如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。
4.3 进程的终止
1.引起进程终止的事件
（1）正常结束 （2）异常结束 （3）外界干预
2.进程的终止过程
4.4 进程的阻塞与唤醒
1. 引起进程阻塞和唤醒的事件
2. 进程阻塞过程
使用阻塞原语block
3. 进程唤醒过程
使用唤醒原语wakeup
4.5 进程的挂起与激活
1.进程的挂起
使用suspended原语
2.进程的激活过程
使用激活原语active
5 进程同步
5.1 进程同步的基本概念
同步：并发进程在执行次序上的协调，使并发诸进程能按照一定的规则共享资源和相互合作，使程序执行有可再现性。
1. 两种形式的制约关系
（1）间接相互制约关系（资源共享关系） 需要互斥的访问临界资源
（2） 直接相互制约关系（相互合作的关系）
2.临界资源
一次仅允许一个进程访问的资源。
引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。
3.临界区
人们把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
4.同步机制应遵循的原则
(1) 空闲让进。(2) 忙则等待。(3) 有限等待。应保证为有限等待，不会产生死等。(4) 让权等待。不能进入临界区的执行进程应放弃CPU执行权。
5.2 硬件同步机制
1. 关中断 2. 利用Test-and-Set指令实现互斥 3.利用Swap指令实现进程互斥。
5.3 信号量机制（重点）
1.整型信号量
S:资源的数目
S--：资源的数目减一
wait（P）操作：执行P操作，S减一，当S<=0时，执行P操作的进程需要睡眠，因为没有资源。
signal（V）操作：执行V操作，S加一，当S<=0时（表示还有进程在等待），唤醒一个等待的进程。
2.记录型信号量
（1）名称来源
由于它采用了记录型的数据结构而得名
（2）value：资源数目的整型变量
（3）list:进程链表指针，用于链接所有等待该类资源的进程。
wait(semphore *S)
{
S->value--;//使系统中可供分配的该类资源数目减1，
if (S->value <0) //说明该类资源已经分配完毕
block (S->list);//自我阻塞，将该进程进入到阻塞队列
}
signal (semphore *S)
{
S->value++;//进程释放一个资源
if (S->value <=0) //链表里有进程阻塞在该资源上
wakeup(S->list);//唤醒链表里面一个阻塞的进程
}
3. AND型信号量
思想：将进程在整个运行过程中需要的所有资源，一次性全部地分配给进程，待进程使用完后再一起释放。
4. 信号量集
在前面所述的记录型信号量机制中，wait(S)或signal(S)操作仅能对信号量施以加1或减1操作，意味着每次只能对某类临界资源进行一个单位的申请或释放。当一次需要N个单位时，便要进行N次wait(S)操作，这显然是低效的，甚至会增加死锁的概率。此外，在有些情况下，为确保系统的安全性，当所申请的资源数量低于某一下限值时，还必须进行管制，不予以分配。因此，当进程申请某类临界资源时，在每次分配之前，都必须测试资源的数量，判断是否大于可分配的下限值，决定是否予以分配。
5.4 信号量的应用
1. 利用信号量实现进程互斥
2. 利用信号量实现前趋关系
5.5 管程机制
略
6 结束语
拜拜，我去看书啦！
分享和帮助是人生一大乐事，希望可以帮助您。本人才疏学浅，如果有不当之处，还请批评指正。同时欢迎大家评论、点赞及转发！