程序與PCB要點
1.分析程式執行順序、以及併發的特徵
2.程序的概念、特徵與狀態
3.程序控制塊及其組織
程式執行順序
（1）引入前驅圖
（2）程式順序執行時的特徵
順序性、封閉性、可再現性
併發程式執行時的特徵
（1）間斷性
多道 -> 程式併發執行-> 要共享系統的資源 -> 形成相互制約的關係（交替執行）
（2）失去封閉性
共享資源->環境受影響。程式執行受其他程式的影響。
（3）結果不可再現性
得到的結果不相同
！間斷性>失去封閉性>不可再現性
！多道程式在間斷性執行中的“相互影響”造成了失去封閉性。解決這裡的矛盾，就要合理調控“相互影響”
程序的概念、特徵與狀態

（1）程序的概念
程式：程式段 + 資料段（按事先設計的功能和效能要求執行的指令序列。 ）
程序實體：程式段 + 資料段 + 控制塊PCB（併發時用於程式控制和資源管理的各種資訊）
程序是程序實體的執行過程，是系統進行資源分配和排程的一個獨立單位。
（2）程序的特徵
1.結構性特徵，程序的根本——PCB
2.動態性
程序實質上是程序實體的一次有生命期的執行過程。程式只是靜態的一組有序指令，程序最基本特徵。
3.併發性
多個程序實體同存於記憶體中，在一段時間內同時執行。有PCB的程式才能併發。
4.獨立性
5.非同步性
區別程序與程式
動與靜
永久與暫時
結構
程序與程式的對應關係
可否併發
程序的狀態轉化
（1）與程序執行相關的各種共享資源有：CPU、儲存器、I/O裝置、時間片
（2）程序的三種基本狀態：就緒狀態(Ready）執行狀態(Running) 阻塞狀態(Blocked)
（3）轉換圖

掛起狀態

建立狀態、終止狀態
各種狀態下的程序佇列
（1）單處理機系統，執行態的程序只有一個；
（2）就緒態、阻塞態的程序可有多個。一般講它們分別排稱一個佇列，稱就緒佇列、阻塞佇列。
（3）阻塞佇列有的會根據不同原因再排成多個佇列。
程序控制塊是程序存在的唯一標誌：
程序建立時，PCB建立並伴隨程序執行的全過程，直到程序撤消而撤消。
程序控制資訊
1.程式和資料的地址（單個程序）資料所在的內外存地址
2.程序同步和通訊機制（多程序間）同步和通訊機制的訊號量、訊息佇列指標等
3.資源清單
4.連結指標（PCB的組織）本PCB所在佇列的下一個程序PCB首地址。
PCB資訊的存放
系統執行中有若干個程式的PCB，它們常駐記憶體的PCB區。
採用的資料結構：PCB結構體，PCB連結串列或佇列
PCB的組織方式
連結方式
同一狀態的PCB，依靠連結指標連結成佇列。就緒佇列；若干個阻塞佇列；空白佇列（PCB區的空PCB塊）
索引方式
同狀態的PCB同樣集中記錄，但以索引表的方式記錄PCB的地址。用專門的單元記錄各索引表的首地址
組織方式必須的指標
1.執行指標2.空閒指標3.阻塞指標4.就緒指標

程序控制與同步要點
作業系統通過PCB進行程序建立、終止、阻塞的過程如何；
如何理解程序同步的含義；
控制同步的關鍵在哪裡。
程序控制的基本過程：
程序的建立
程序的終止
程序的阻塞與喚醒
程序的掛起和啟用
程序的建立
(1) 申請空白PCB
(2) 為新程序分配資源 主要是記憶體資源的處理
(3) 初始化程序控制塊，識別符號（包括父程序的）、程式計數器指向程式入口地址，就緒態、優先順序等資訊的填寫。
(4) 將新程序插入就緒佇列
程序的終止
正常結束 異常結束 外界干預
(1) 根據程序標示符，檢索出該程序PCB，讀其狀態。
*IF 執行態，立即終止該程序，置排程標誌為真，指示重新進行排程。
*IF 有子孫程序，亦應予以終止，以防成為不可控程序。
(2) 歸還全部資源至其父程序或系統。
(3) 將該程序PCB從所在佇列或連結串列中移出。
程序的阻塞與喚醒
1）引起程序阻塞和喚醒的事件
請求系統服務的滿足情況
啟動某種需等待（I/O）操作
合作需要的新資料尚未到達
執行某功能的程序暫時無新工作可做(如傳送資料程序)
2）阻塞和喚醒過程
（1）將PCB中的狀態改為阻塞
（2）該PCB加入到阻塞佇列中
（3）轉程序排程，將處理機分配給另一程序
（4）進行程序切換，即根據兩切換程序的PCB，保護與重新設定處理機狀態。
阻塞與喚醒原語作用相反，成對使用
程序的掛起與啟用
掛起原語將指定程序或阻塞程序掛起。
（1）檢查被掛起程序的狀態，活動就緒則改為靜止就緒，活動阻塞則改為靜止阻塞
（2）將該PCB複製到記憶體（方便檢查）/外存（對換）指定區域
（3）*若掛起的程序是執行態，則需重新進行程序排程。
啟用原語的執行過程
若掛起程序在外存上，將其調入記憶體
檢查程序狀態，若處於靜止就緒，則改為活動就緒，若處於靜止阻塞，則改為活動阻塞
排程
程序控制中，狀態轉換和排程密切相關。
執行態程序的改變必然產生排程行為
只要產生新就緒態程序，就需考慮排程策略
只要是採用搶佔式排程，要檢查新就緒程序是否可搶佔CPU，引起新的排程。
控制併發
基本控制
程序、PCB、狀態、基本控制過程
合理控制

• 控制程序的相互影響，得到可再現的正確結果 *
  程序同步
  1）程序同步的主要任務：
  使併發執行的諸程序之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程式的執行具有可再現性。
  兩種制約關係：間接相互制約關係（互斥）、直接相互制約關係（有序）
  2）臨界資源
  一次僅允許一個程序使用的資源
  3）臨界區
  進入區：對欲訪問的臨界資源進行檢。若此刻未被訪問，設正在訪問的標誌
  臨界區：訪問臨界資源的程式碼。
  退出區：將正在訪問的標誌恢復為未被訪問的標誌
  剩餘區：其餘部分
  4）同步機制應遵循的規則
  空閒讓進：資源使用最基本原則
  忙則等待：保證互斥
  有限等待：合適時被喚醒防止死等
  讓權等待：能主動釋放CPU防止忙等
  同步控制的關鍵
  主要涉及”判斷”和”修改標誌”操作
  不應被打斷（原語，OS核心態執行）
  硬體同步機制
  1.關中斷
  進入鎖測試前關閉中斷，直到完成鎖測試並上鎖後才能開啟中斷。程序在臨界區執行期間，系統不響應中斷，從而不引發排程。
  2.Test-and-Set指令
  3.利用Swap指令實現程序互斥

訊號量機制

互斥訊號量注意點
互斥訊號量mutex初值為1；
每個程序中將臨界區程式碼置於P(mutex)和V(mutex)原語之間
必須成對使用P和V原語（在同一程序中），不能次序錯誤、重複或遺漏：
遺漏P原語則不能保證互斥訪問
遺漏V原語則不能在使用臨界資源之後將其釋放（給其他等待的程序）；
控制同步順序的注意點
訊號量值為0的點是限制的關鍵所在；
成對使用P和V原語（在有先後關係的兩個程序中），不能次序錯誤、重複或遺漏，否則同步順序出錯。