操作系统-进程

1.1进程的定义（操作系统71页）

• 一个正在执行的程序
• 一个正在计算机执行的程序实例
• 能分配给处理器并由处理器执行的实体
• 由一组执行指令、一个当前状态和一组相关的系统资源表征的活动单元

1.2进程的元素

• 标识符
• 状态
• 优先级
• 程序计数器
• 内存指针
• 上下文数据
• I/o状态信息

1.3两状态进程模型（操作系统74页）

操作系统时刻跟踪记录进程在内存空间运行轨迹，新的进程状态是未运行状态，当进程状态被中断，分派器会选择一个新进程运行，前进程由运行态转为未运行态。等待执行的进程会放在等待队列中。

1.4进程创建和终止（操作系统74页）

进程创建时，操作系统需要创建管理进程数据结构，并且分配给它对应的内存地址空间。
进程引发创建另一个进程叫派生进程。父进程派生子进程。
进程中止：多种终止原因。

1.5五状态模型（操作系统75页）

• 运行态：当只有一个处理器，最多只有一个进程处于当前状态
• 就绪态：已在内存中并可以执行
• 阻塞：已在内存中等待一个事件
• 新建态：新创建进程，操作系统未把它加入可执行进程组，通常已经创建未加载到内存中
• 退出态：操作系统从可执行进程组中释放的进程、自身停止、某种原因被取消
• 阻塞\挂起态：进程已在外存中等待一个事件
• 就绪\挂起态：进程已在外存，只要载入内存可执行

新建态的进程操作系统只会把进程的信息保存到进程表，进程的执行代码不在内存中，程序保留在外存。

状态转换事件（操作系统76页）

1.6操作系统控制结构（操作系统82页）

内存表：跟踪内存和外存，包含：

• 分配给进程的内存
• 分配进程外存
• 内存块虚存块任何保护属性、如那些进程可以访问某些共享内存区域
• 管理虚存需要信息
  IO表：
• IO设备和通道
• IO状态（可用、已分配进程）
• IO传送源和目标内存单元
  文件表
• 文件是否存在
• 文件外存位置
• 状态和属性信息
• 进程表
• 进程位置
• 进程映像：程序、数据、栈、属性的集合。

进程控制块信息分三类（操作系统83页）

• 进程标识信息
• 进程状态信息
• 进程控制信息

1.7进程执行模式（操作系统87页）

• 用户模式
  用户进程一般在该模式下运行
• 内核模式
  完全控制操作系统重要功能：
• 进程管理：进程创建或终止
• 内存管理：进程分配内存空间
• IO管理：缓冲区管理
• 支持功能:中断管理

1.8进程切换（操作系统88页）

什么时候切换进程：

• 系统中断
• 时钟中断
• IO中断
• 内存失效

出现中断，处理器会做如下工作

• 将程序计数器置为中断处理程序的开始地址

• 从用户模式切换到内核模式，以便处理代码包含特权指令

• 处理器继续取指阶段，并取中断处理进程的第一条指令来服务该中断，将已中断进程上下文保存到中断进程的进程控制块。

上下文：中断处理程序所有可能改变的信息，以及恢复被中断程序需要所有信息，必须保存进程控制块部分。

完整进程切换步骤：

• 保存处理器上下文
• 更新当前处于运行态进程的进程控制块
• 把该进程的进程控制块移到相应队列
• 选择另外一个进程执行
• 更新所选进程的进程控制块，把进程状态改为运行态
• 更新内存管理数据结构
• 载入程序计数器和其他寄存器，将处理的上下文恢复为所选进程上次退出运行的上下文

2.1UNIX进程管理（操作系统91页）

UNIX有9种进程状态：

• 用户运行
• 内核运行
• 就绪，并驻留在内存中
• 休眠，并驻留在内存中
• 就绪，被交换
• 休眠，被交换
• 被抢占
• 创建
• 僵死
  UNIX进程映像
• 用户级上下文
• 寄存器上下文
• 系统级上下文

2.2进程控制（操作系统94页）

UNIX创建进程由内核系统使用fork实现

• 在进程表为新进程分配一个空项
• 为子进程分配一个唯一进程标识符
• 复制父进程的进程映像，共享内存外
• 增加父进程拥有文件的计数器
• 将子进程处就绪态
• 将子进程ID返回给父进程，将0返回给子进程

所有这些工作在父进程内核模式执行，完成后继续分派器例程工作一部分如下三种之一

• 停留在父进程中，控制权返回用户模式下父进程调用fork位置
• 处理器控制权交给子进程，子进程执行代码，执行点与父进程相同
• 控制权交给另外一个进程，父进程和子进程就绪态