进程描述和控制

进程

应用程序的执行对应于存在的一个或多个进程

进程可以视为由一组元素组成的实体

目标

• 资源对多个应用程序是可用的
• 物理处理器在多个应用程序间切换以保障所有程序都在执行中
• 处理器和 I/O 设备能得到充分利用

定义

四个例子：

• 正在执行的程序
• 正在计算机上执行的程序实例
• 能分配给处理器并由处理器执行的实体
• 具有以下特征的活动单元：一组指令序列的执行、一个当前状态和相关的系统资源集

进程的两个基本元素是程序代码和与代码相关联的数据集

进程控制块

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

控制块由操作系统创建和管理 实现中断+恢复

是操作系统能够支持多进程和提供多重处理技术的关键工具

进程状态

轨迹 trace：进程执行的指令序列

进程的创建

操作系统建立用于管理该进程的数据结构 并在内存中给它分配地址空间

进程派生：前一个称为父进程 被派生的进程称为子进程

fork()

进程终止

终止请求 故障 错误 父进程终止时终止…

五状态模型

1. 运行态:进程正在执行
2. 就绪态:进程做好了准备，只要有机会就开始执行
3. 阻塞/等待态:进程在某些事件发生前不能执行，如IO操作完成
4. 新建态:刚刚创建的进程，操作系统还未把它加入可执行进程组,它通常是进程控制块已经创建但还未加载到内存中的新进程
5. 退出态:操作系统从可执行进程组中释放出的进程，要么它自身已停止，要么它因某种原因被取消

进程切换

1. NULL→新建态：执行一个程序，创建一个子进程。
2. 新建态→就绪态：当操作系统完成了进程创建的必要操作，并且当前系统的性能和虚拟内存的容量均允许。
3. 就绪→运行:需要选择一个新进程运行时，操作系统选择一个处于就绪态的进程，这是调度器或分派器的工作。
4. 运行态→终止态：当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结。
5. 运行态→就绪态：运行时间片到；出现有更高优先权进程。
6. 运行态→等待态：等待使用资源；如等待外设传输；等待人工干预。
7. 就绪态→终止态：未在状态转换图中显示，但某些操作系统允许父进程终结子进程。
8. 等待态→终止态：未在状态转换图中显示，但某些操作系统允许父进程终结子进程。
9. 终止态→NULL：完成善后操作。

进程与一般程序的区别

• 进程是程序的执⾏实例，由程序创建
• 执⾏环境不同（进程独⽴，程序需要进程的context）
• 进程有⾃⼰的资源（内存、⽂件、设备），程序需要依赖进程
• 进程可以通过IPC进行数据交换和同步，程序没有直接的机制

进程创建的流程

操作系统需要建立用于管理进程的数据结构，并在内存中给他分配地址空间，这些行为构成了一个新进程的创建过程

五状态模型

进程切换&态的切换

进程切换：在某个时刻，操作系统中断一个正在运行的进程，将另一个进程置于 运行模式，并把控制权交给后者

态的切换：处理器在与用户程序相关联的模式（用户模式）和与操作系统相关联 的处理器模式（内核模式）之间的切换

进程控制相关的系统调用

进程创建 fork exec

进程加载 exec

进程等待与退出 wait exit

PCB进程控制块

包括标识符、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、记账信息

进程控制块包含了充分的信息可以中断+恢复进程的执行

控制块由操作系统创建和管理 实现中断+恢复