Linux基础教程(清华课件)

清华大学计算机基础教育课程系列教材 汤荷美董渊 李莉程志锐编著

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清华大学计算机基础教育课程系列教材 汤荷美董渊李莉程志锐编著

Linux基础教程（1）
操作系统基础

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第2章 处理机管理

2.1 作业
2.2 进程
2.3 线程
2.4 小结
习题

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提高处理机（CPU）的使用率，使它尽可能处于工作
状态，是操作系统管理功能的主要目标之一。
在Linux系统中，提高处理机使用率的技术措施主
是多道和分时，处理机在进程之间切换，按照一定
的规则轮流执行每个进程。对于单个处理机的系
统，这些进程宏观上看似并行执行，而微观上来看
仍然是串行执行的，这种执行方式被称为并发执
行。操作系统通过并发控制机制，对处理机进行分
配、调度，在保证每个进程都得到公平合理执行的
同时，使系统中的各种资源得到充分的使用。
本章主要围绕处理机管理展开，着重介绍进程的概
念，同时也包括相关的两个基本概念：作业和线
程。

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2.1 作业

作业是用户向计算机系统提交一项工作的基本单位，
是用户在一次事务处理或计算过程中要求计算机所
做工作的总和。
作业和程序是两个相互联系而又不同的概念。如果一
次业务处理可以由某一个程序完成，就是说这个业
务处理只要提交这一个程序就够了，这种情况下，
这个程序就是一个作业。通常，完成一次业务需
由多个程序协同完成，这时，多个程序、这些程序
需要的数据以及必要的作业说明一起构成一个作
业。系统通过作业说明书或者作业控制语句(JCL)
控制程序和相应的数据执行，完成整个业务处理。

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按照对作业的处理方式，可以分为联机、批处理等作
业。
Linux系统中的shell提供了操作系统和用户之间的联
机命令接口。
Linux的shell同时提供了程序级接口。用户通过提交
一个命令或一个命令序列以批处理方式执行特定的
操作（详见本书第2部分）。
在Linux分时批处理系统中，也可以根据对作业执行
时的响应特征分为前台作业
和后台作业。
在多用户系统中，多个用户、不同类型的作业可能同
时请求执行，控制和管理这些作业，协调它们之间
的关系，就是作业调度，作业调度是处理机调度的
一部分。

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2.2 进程

计算机内存中同时存放多个相互独立的已经开始运行
的程序实体，大家按照某种规则轮流使用处理器，
这是现代多道操作系统实现资源共享，提高系统资
源利用率的主要方式。描述这些程序实体的概念就
是进程。
在多道情况下，每个进程独立地拥有各种必要的资
源，占有处理机，独立地运行。在多道系统中，同
时存在多个进程，所以当某个进程进入等待状态
时，操作系统将把处理机控制权拿过来并交给其他
可以运行的进程。进程之间存在着相互制约、相互
依赖的约束关系。

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一种最糟糕的情况是所有进程都拥有部分资源，同时
在等待其他进程拥有的资源，这样，大家都无法运
行，进入一种永久等待的状态，这种情况称为死
锁，死锁是对系统资源极大的浪费，必须设法避
免。
本节着重讨论现代多道操作系统中的核心概念——进
程，这是理解操作系统工作原理的基础和关键。首
先介绍单个进程的状态、状态转换的条件和控制原
语、进程在系统中的静态描述等，接着介绍多个进
程之间的约束关系，由此引出进程间通信的概念，
通信是协调、解决进程间约束关系的惟一手段，这
种约束关系处理不当造成的最严重的后果就是死
锁。

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2.2.1 进程的概念
进程（process）的概念最早出现在60年代中期，用
于多道系统，在Linux系统中，进程也称为任务
（task）。简单地讲，进程就是正在运行的程序，
更为严谨的表达是，进程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。
进程的概念对于理解操作系统有决定性的意义，而真
正理解进程，必须了解它的基本性质。
进程是操作系统分配资源和进行调度的独立单位，具
有独立性。同时，具有动态性。多道系统中同时存
在多个进程，这些进程拥有各自的资源，各自独立
地执行，对于单处理机系统，进程宏观上同时运行
而微观上是依次执行，这种情况称为并发执行。

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1. 进程
和程序
进程和程序是一对相互联系的概念。程序是指令的有
序集合，是一个静态的概念，描述完成某个功能的
一个具体操作过程，而进程是程序针对某一组数据
的一次执行过程，更强调动态特征。一个完整的进
程，包括程序、执行程序所需要的数据，同时还必
须包括记录进

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程状态的数据资料。
在多道分时操作系统中，按照时间片轮流在各个进程
间切换。对于单处理器系统，每一个时刻只能有一
个进程在执行，当分配给该进程的时间片用完之
后，不管该进程运行到什么程度，都必须立即停
止，然后让出处理器资源，下一个进程进入执行状
态。

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让出处理器的进程必须记录好正在运行的状态，包括
寄存器、堆栈等各种信息，这些信息保证当处理器
下次切换到这个进程的时候，进程能够正确地从上
次执行到的位置继续往下执行。
一个程序在处理相同或不同的操作数据时可以同时对
应于多个进程。一个进程也可以包含多个程序，某
个程序在运行过程中，可能同时会调用到多个其他
程序，这些具有调用关系的多个程序共同构成一次
完整的运行活动，即一个完整的进程。

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举一个直观的例子。我们在Linux系统下使用编辑器
vi进行编辑，同时打开多个窗口，编辑多个不同名
称的文件，vi编辑器是一个可执行程序，不同的文
件就是不同的操作数据，而对应于这些文件同时打
开的每一个编辑窗口就对应着一个进程，每一个进
程都处于不同的状态。 …… 此处隐藏：18789字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……