概念

概念

进程实体（进程映像）：静态的，可理解为进程的某一时刻的状态

进程：进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

PCB（进程控制块）：存放管理进程时所需要的信息

组成

PCB 是给操作系统用的，程序段和数据段是给进程自己用的

PCB

PCB是进程存在的唯一标志，当进程被创建时，操作系统为其创建PCB，当进程结束时，会回收其PCB

1.进程描述信息：

进程标识符PID：当进程被创建时，操作系统为该进程分配唯一的、不重复的 PID

用户标识符UID：进程所属用户

2.进程控制和管理信息：

CPU、磁盘、网络流量使用情况统计…

进程当前状态：就绪态/阻塞态/运行态.…

3.资源分配清单：正在使用哪些文件、内存区域、I/O设备

4.处理机相关信息：各种寄存器的值（用于实现进程切换）

程序段与数据段

程序段：程序的指令序列

数据段：运行过程中产生的各种数据

进程状态、转换与组织

基本状态

创建态：进程正在被创建，OS为进程分配系统资源、初始化PCB，创建后将进程插入就绪队列

就绪态：已具有运行条件，但无空闲CPU，暂时不能运行

运行态：占有CPU，并在CPU上运行

阻塞态：因等待某一事件暂时不能运行

终止态：进程正从系统中消失，OS回收进程拥有的资源，撤销PCB

状态转换

创建态->就绪态：系统完成创建进程工作

就绪态->运行态：进程被调度

运行态->就绪态：时间片到或 CPU 被其他进程抢占

运行态->阻塞态：等待系统资源分配 or 等待某事件发生（主动行为）

阻塞态->就绪态：资源分配到位，等待的事件发生（被动行为）

运行态->终止态：进程运行结束 or 运行过程中遇到不可修复的错误

进程的组织

链式方式：将同一状态的进程的 PCB 组成一个双向链表，称为进程队列

索引方式：将所有的 PCB 存放在一张索引表中，每个表项包含一个 PCB 的地址和状态信息

进程控制

进程的控制依靠原语实现

原语：特殊程序，执行具有原子性。依靠“关中断指令”与“开中断指令”实现原子性（开中断后不再受中断信号的影响）

1.进程创建原语：创建态->就绪态

1）申请空白 PCB

2）为新进程分配所需资源

3）初始化 PCB

4）将 PCB 插入就绪队列

2.进程撤销原语：就绪态/阻塞态/运行态->终止态->无

1）找到目标的 PCB

2）若进程正在运行，立即剥夺 CPU

3）终止其所有子进程

4）将该进程拥有的所有资源归还给父进程或操作系统

5）删除 PCB

3.进程阻塞原语：运行态→阻塞态

1）找到目标 PCB

2）将运行环境存入 PCB ，状态信息设置为“阻塞态，暂时停止进程运行

3）将 PCB 插入相应事件的等待队列

4.进程唤醒原语：阻塞态→就绪态

1）在事件等待队列中找到 PCB

2）将 PCB 从等待队列移除，设置进程为就绪态

3）将 PCB 插入就绪队列，等待被调度

5.进程切换原语：运行态→就绪态 or 就绪态→运行态

1）将运行环境信息存入 PCB

2）PCB 移入相应队列

3）选择另一个进程执行，并更新其PCB

4）根据 PCB 恢复新进程所需的运行环境

注意：阻塞原语与唤醒原语必须成对使用

进程通信

各进程间内存地址相互独立

共享存储

设置一个共享空间，通过使用同步互斥工具的读/写操作实现信息交换

低级方式：基于数据结构的共享

1）比如共享空间里只能放一个长度为10的数组

2）这种共享方式速度慢、限制多，是一种低级通信方式

高级方式：基于存储区的共享

1）操作系统在内存中划出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都由通信进程控制

2）这种共享方式速度很快，是一种高级通信方式

消息传递

进程通过“发送消息/接收消息”两个原语传递格式化的消息交换数据

1.消息格式：

1）消息头：发送 PID、接受 PID、消息长度等格式化的信息

2）消息体

2.通信方式：

1）直接通信方式：直接把消息发送给接收进程的消息缓冲队列，接收进程从消息缓冲队列中取得消息

2）间接通信方式：依靠发送原语和接收原语，将消息发送到中间信箱，接收进程从信箱读取消息（一个新乡可以被多个进程读写）

管道通信

管道（pipe文件）：

1）是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区

2）管道通信允许两个进程互斥地访问管道，按生产者-消费者方式进行通信

3）写满之后才能读，读空之后才能写，数据读出便消失

4）一个管道只能实现半双工通信；实现双向同时通信要建立两个管道

子进程会继承父进程的管道

信号

用于通知进程某个特定事件已经发生，进程收到信号后，对信号进行处理

发送信号

进程之间相互发送信号、内核向进程发送信号、进程向自身发送信号

保存信号

两个 N bit 位的向量存储

要处理的信号：没有被屏蔽且待处理的信号

处理信号

处理时机：当进程从内核态转为用户态时，例行检查是否有待处理信号，若有则进行处理

处理方法：

1）操作系统内置默认处理方法

2）允许进程自定义处理方法（优先级高）