## 进程与程序的区别与联系 1) 进程是程序及其数据在计算机上的一次运行活动，是一个动态的概念。进程的运行实体是程序，离开程序的进程没有存在的意义。从静态角度看，进程是由程序、数据和进程控制块(PCB)三部分组成的。而程序是一组有序的指令集合，是一种静态的概念。 2) 进程是程序的一次执行过程，它是动态地创建和消亡的，具有一定的生命周期，是暂时存在的；而程序则是一组代码的集合，它是永久存在的，可长期保存。 3) 一个进程可以执行一个或几个程序，一个程序也可以构成多个进程。进程可创建进程，而程序不可能形成新的程序。 4) 进程与程序的组成不同。进程的组成包括程序、数据和PCB。 ## 死锁与饥饿 具有等待队列的信号量的实现可能导致这样的情况：两个或多个进程无限地等待一个事件，而该事件只能由这些等待进程之一来产生。这里的事件是V操作的执行（即释放资源）。当出现这样的状态时，这些进程称为死锁(Deadlocked)。 为了加以说明，考虑到一个系统由两个进程P0和P1组成，每个进程都访问两个信号量S和Q，这两个信号量的初值均为1。 ``` P0 () { While (1){ P(S) ; P(Q); // … V(S) ; V(Q) ; } } ``` ``` p1() { While(1){ P(Q); P(S); // … V(Q); V(S); } } ``` 假设进程P0执行P(S)，接着进程P1执行P(Q)。当进程P0执行P(Q)时，它必须等待直到进程P1执行V(Q)。类似地，当进程P1执行P(S)，它必须等待直到进程P0执行V(S)。由于这两个V操作都不能执行，那么进程P0和进程P1就死锁了。 说一组进程处于死锁状态是指：组内的每个进程都等待一个事件，而该事件只可能由组内的另一个进程产生。这里所关心的主要是事件是资源的获取和释放。 与死锁相关的另一个问题是无限期阻塞(Indefinite Blocking)或“饥饿” (Starvation)，即进程在信号量内无穷等待的情况。 产生饥饿的主要原因是：在一个动态系统中，对于每类系统资源，操作系统需要确定一个分配策略，当多个进程同时申请某类资源时，由分配策略确定资源分配给进程的次序。有时资源分配策略可能是不公平的，即不能保证等待时间上界的存在。在这种情况下，即使系统没有发生死锁，某些进程也可能会长时间等待。当等待时间给进程推进和响应带来明显影响时，称发生了进程“饥饿”，当“饥饿”到一定程度的进程所赋予的任务即使完成也不再具有实际意义时称该进程被“饿死”。 例如，当有多个进程需要打印文件时，如果系统分配打印机的策略是最短文件优先，那么长文件的打印任务将由于短文件的源源不断到来而被无限期推迟，导致最终的“饥饿”甚至“饿死”。 “饥饿”并不表示系统一定死锁，但至少有一个进程的执行被无限期推迟。“饥饿”与死锁的主要差别有： 进入“饥饿”状态的进程可以只有一个，而由于循环等待条件而进入死锁状态的进程却必须大于或等于两个。 处于“饥饿”状态的进程可以是一个就绪进程，如静态优先权调度算法时的低优先权进程，而处于死锁状态的进程则必定是阻塞进程。 ## 银行家算法的工作原理 银行家算法的主要思想是避免系统进入不安全状态。在每次进行资源分配时，它首先检查系统是否有足够的资源满足要求，如果有，则先进行分配，并对分配后的新状态进行安全性检查。如果新状态安全，则正式分配上述资源，否则就拒绝分配上述资源。这样，它保证系统始终处于安全状态，从而避免死锁现象的发生。 ## 进程同步、互斥的区别和联系 并发进程的执行会产生相互制约的关系：一种是进程之间竞争使用临界资源，只能让它们逐个使用，这种现象称为互斥，是一种竞争关系；另一种是进程之间协同完成任务，在关键点上等待另一个进程发来的消息，以便协同一致，是一种协作关系。 ## 作业和进程的关系 进程是系统资源的使用者，系统的资源大部分都是以进程为单位分配的。而用户使用计算机是为了实现一串相关的任务，通常把用户要求计算机完成的这一串任务称为作业。 ### 1) 批处理系统中作业与进程的关系（进程组织） 批处理系统中的可以通过磁记录设备或卡片机向系统提交批作业，由系统的SPOOLing 输入进程将作业放入磁盘的输入井中，作为后备作业。作业调度程序（一般也作为独立的进程运行)每当选择一道后备作业运行时,首先为该作业创建一个进程(称为该作业的根进程)。该进程将执行作业控制语言解释程序解释该作业的作业说明书。父进程在运行过程中可以动态地创建一个或多个子进程，执行说明书中的语句。例如，对一条编译的语句，该进程可以创建一个子进程执行编译程序对用户源程序进行编译。类似地，子进程也可以继续创建子进程去完成指定的功能。因此，一个作业就动态地转换成了一组运行实体——进程族。当父进程遇到作业说明书中的“撤出作业”的语句时，将该作业从运行状态改变为完成状态，将作业及相关结果送入磁盘上的输出井。作业终止进程负责将输出井中的作业利用打印机输出，回收作业所占用的资源，删除作业有关数据结构，删除作业在磁盘输出井中的信息，等等。作业终止进程撤除一道作业后，可向作业调度进程请求进行新的作业调度。至此，一道进入系统运行的作业全部结束。 ### 2) 分时系统中作业与进程的关系 在分时系统中，作业的提交方法、组织形式均与批处理作业有很大差异。分时系统的用户通过命令语言逐条地与系统应答式地输入命令，提交作业步。每输入一条（或一组）命令，便直接在系统内部对应一个（或若干个）进程。在系统启动时，系统为每个终端设备建立一个进程（称为终端进程)，该进程执行命令解释程序，命令解释程序从终端设备读入命令解释执行用户输入的每一条命令。对于每一条终端命令，可以创建一个子进程去具体执行。若当前的终端命令是一条后台命令，则可以和下一条终端命令并行处理。各子进程在运行过程中完全可以根据需要创建子孙进程。终端命令所对应的进程结束后，命令的功能也相应处理完毕。用户本次上机完毕，用户通过一条登出命令即结束上机过程。 分时系统的作业就是用户的一次上机交互过程，可以认为终端进程的创建是一个交互作业的开始，登出命令运行结束代表用户交互作业的终止。 命令解释程序流程扮演着批处理系统中作业控制语言解释程序的角色，只不过命令解释程序是从用户终端接收命令。 ### 3) 交互地提交批作业 在同时支持交互和批处理的操作系统中，人们可以用交互的方式准备好批作业的有关程序、数据及作业控制说明书。比如，可用交互式系统提供的全屏幕编辑命令编辑好自编的一个天气预报程序，用编译及装配命令将程序变成可执行文件，用调试命令进行程序调试。在调试成功后，用户每天都要做如下工作：准备原始天气数据，运行天气预报执行文件处理原始数据，把结果打印出来等。这时，用交互系统提供的全屏幕编辑命令编辑好将要提交的作业控制说明书文件，如Windows系统的BAT文件和Linux系统的sh文件。然后用一条作业提交命令将作业提交给系统作业队列中。系统有专门的作业调度进程负责从作业队列中选择作业，为被选取的作业创建一个父进程运行命令解释程序，解释执行作业控制说明书文件中的命令。