操作系统之进程管理

进程的基本概念

• 程序在并发环境中的执行过程。
• 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

程序顺序执行的特征

• 顺序性： 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即每一个操作必须在下一个操作之前结束。
• 封闭性： 程序在封闭环境下执行，结果不受外界因素影响。
• 可在现性： 只要环境和初始条件相同，程序重复执行时总得到相同的结果。

程序并发执行的特征

• 间断性： 共享、合作、制约导致：执行-暂停-执行
• 失去封闭性： 资源状态由多程序该变
• 不可再现性： 相同环境和初始条件。

进程的特征

• 结构特征

  
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  • 进程控制块

    • PCB是OS中最重要的记录型结构。
    • OS用PCB对并发进程进行管理和控制。
    • PCB是进程存在的唯一标志。
    • PCB常驻内存。
    • OS专门开辟PCB区将所有的PCK组织成若干个链表或队列。

  • PCB中的信息

    • 1.进程标识符
      • a.内部标识符：进程唯一的数字编号，给 OS 使用
      • b.外部标识符：由字母、数字组成，给用户使用。
    • 2.处理机状态
      • 处理机中的主要的寄存器
        • 1.通过寄存器 8-32个，暂存信息用。
        • 2.指令计数器 要访问的下一条指令地址。
        • 3.程序状态字PSW条件码、执行方式、中断屏蔽标志。
        • 4.用户栈指针，用户进程拥有的系统栈，存放过程和系统调用参数及调用地址。
    • 3.进程调度信息
      • 进程状态
      • 进程优先级
      • 与调度算法有关信息
      • 事件 如阻塞原因
    • 4.进程控制信息
      • 程序和数据地址
      • 进程同步和通信机制
      • 资源清单: 除CPU之外的所需资源与已经分配资源清单。
      • 连接指针：本进程PCB所在队列的下一个地址。

  • PCB的组织方式

    • a.链接方式： 把统一状态的PCB，用其中的连接字链接成一个队列。如:就绪队列、阻塞队列(根据不同阻塞原因)、空白队列。

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      指针就是地址，每个地址后面的数字代表PCB的标号。

    • b.索引方式： 建立就绪索引表、阻塞索引表等。把索引表在内存的首地址放在内存的专用单元中。

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    • c.线性方式

• 动态性

  • 进程最基本的特征是动态性
  • 进程的生命周期：进程由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡的过程。

• 并发性： 多个进程同在内存中，且能在一段时间内同时运行。

• 独立性： 进程是一个能独立运行、独立分配资源、独立接受调度的基本单位。

• 异步性： 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

进程和程序的关系(非常重要)

• 1.进程是一个动态概念，程序是一个静态概念。

• 2.进程具有并发特征，程序没有（程序全部是顺序的）。

• 3.进程是竞争资源的基本单位。

• 4.一个程序对应多个进程，一个进程为多个程序服务。

进程的三种基本状态

• 1.就绪状态

  • 进程已经分配了除了处理机以外的所有必要资源，只要再获得处理机就能够执行的状态。
  • 这样的进程可能有多个，通常排成一个队列，称就绪队列。
  • 新产生的进程都是就绪状态。

• 2.执行状态

  • 已经获得CPU，正在运行。
  • 在单处理机系统只有一个进程处于执行状态。多处理机系统则有多个处于执行状态。
  • 例如： 在一个拥有5个处理机的计算机系统中，最多有几个进程处于执行状态。 答案是5个。

• 3.堵塞状态

  • 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，放弃处理机而进入的状态，又称等待状态(堵塞状态)
  • 引起堵塞的事件：请求I/O，申请缓存。
  • 所有进入堵塞状态的进程都是自愿的。

进程的基本状态转换

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三种状态四种转换

挂起状态

• 挂起状态是三种基本状态细分出来。

• 引入原因：

  • 1.终端用户请求
  • 2.父进程请求
  • 3.负荷调节需求
  • 4.操作系统的需

• 挂起状态的转换

  • 挂起状态 === 静止状态
  • 非挂起状态 === 活动状态

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• 有挂起状态的进程状态图

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进程的创建

• 原语CREAT() 按下述步骤创建一个新进程:

  • 1.申请空白PCB
  • 2.为新进程分配资源
  • 3.初始化进程控制块
  • 4.将新进程插入就绪队列

• 什么是原语

原语 是一段机器指令(程序)构成。执行原子性操作(要么执行完毕，要么不执行)。

• 进程管理中最基本功能是进程控制

• 进程控制任务： 进程的创建、终止、进程状态的转变等。

• 进程控制一般由OS内核来实现。

• 引起创建进程的事件

  
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• 引起进程终止的事件

  
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• 进程的终止过程

  • 从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。
  • 若处于执行状态，终止该进程的执行，并置调度标志为真，重新调度。
  • 若有子孙进程，将所有子孙进程终止。
  • 将进程全部资源归还其父进程或系统。
  • 将其PCB从所在队列（或链表）中移出

• 引起阻塞和唤醒的事件

  • 1.请求系统服务
  • 2.启动某种操作
  • 3.新数据尚到
  • 4.无新工作可做

• 由阻塞原语BLOCK完成

  
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• 由唤醒原语WAKEUP完成

  
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• 注意

  • BLOCK和WAKEUP是一队作用相反的原语。
  • 如果在某进程中调用了阻塞原语，则必须在与之相合作的另一进程中或其他相关的进程中，安排唤醒原语，以能唤醒阻塞进程；否则，被阻塞进程将会因不能被唤醒而长久地处于阻塞状态，从而再无机会继续运行。

PCB的初始化

• 1.初始化标识信息
• 2.初始化处理机状态信息
• 3.初始化处理机控制信息

进程的挂起

挂起原语：SUSPEND（）

挂起原语的执行过程：

检查被挂起进程的状态，若处于活动`就绪状态`，改为`静止就绪`；若处于`活动阻塞状态`，则改为`静止阻塞`；若`正在执行`，则转向`调度程序`重新调度

有挂起状态的进程状态图

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进程的激活状态图

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进程的两种制约关系