操作系统学习记录之二：进程的管理及切换

操作系统的进程管理软件

关键的进程管理软件包括：
•系统调用/中断/异常处理程序
•队列管理模块
•进程控制程序
•进程调度程序（独立进程居多）
•进程通信程序（多个程序包）
•终端登录与作业控制程序、 性能监控程序、 审计程序等外围程序
进程实现的队列模型

 队列管理模块

•队列管理模块是操作系统实现进程管理的核心模块；
•操作系统建立多个进程队列， 包括就绪队列和等待队列；
•按需组织为先进先出队列与优先队列；
•队列中的进程可以通过PCB中的队列指引元采用单/双指引元或索引连接；
•出队和入队操作；
•进程与资源调度围绕进程队列展开；

进程的控制与管理
• 进程创建： 进程表加一项， 申请PCB并初始化，生成标识， 建立映像， 分配资源， 移入就绪队列；
• 进程撤销： 从队列中移除， 归还资源， 撤销标识，回收PCB， 移除进程表项；
• 进程阻塞： 保存现场信息， 修改PCB， 移入等待队列， 调度其他进程执行；
• 进程唤醒： 等待队列中移出， 修改PCB， 移入就绪队列（该进程优先级高于运行进程触发抢占）；
• 进程挂起： 修改状态并出入相关队列， 收回内存等资源送至对换区；
• 进程激活： 分配内存， 修改状态并出入相关队列；
• 其他： 如修改进程特权

原语与进程控制原语

•原语是由若干条指令构成的完成某种特定功能的程序， 执行上具有不可分割性；
•原语的执行可以通过关中断实现；
•进程控制使用的原语称为进程控制原语；
•另一类常用原语是进程通信原语；

进程切换

进程切换指从正在运行的进程中收回处理器， 让待运行进程来占有处理器运行；
进程切换实质上就是被中断运行进程与待运行进程的上下文切换， 处理过程是：
•保存被中断进程的上下文；
•转向进程调度；
•恢复待运行进程的上下文；
 

模式切换：

进程切换必须在操作系统内核模式下完成， 这就需要模式切换；
•模式切换又称处理器状态切换， 包括：
•用户模式到内核模式
由中断/异常/系统调用中断用户进程执行而触发；
•内核模式到用户模式
OS执行中断返回指令将控制权交还用户进程而触发；
 

模式切换的基本工作任务：

•中断装置完成正向模式切换， 包括：
         •处理器模式转为内核模式；
         •保存当前进程的PC/PSW值到核心栈；
         •转向中断/异常/系统调用处理程序；
 •中断返回指令完成逆向模式转换， 包括：
         •从待运行进程核心栈中弹出PSW/PC值；
         •处理器模式转为用户模式；

进程切换的工作过程：

1. (中断/异常等触发)正向模式切换并压入PSW/PC；
2. 保存被中断进程的现场信息；
3. 处理具体中断/异常；
4. 把被中断进程的系统堆栈指针SP值保存到PCB；
5. 调整被中断进程的PCB信息， 如进程状态；
6. 把被中断进程的PCB加入相关队列；
7. 选择下一个占用CPU运行的进程；
8. 修改被选中进程的PCB信息， 如进程状态；
9. 设置被选中进程的地址空间， 恢复存储管理信息；
10.恢复被选中进程的SP值到处理器寄存器SP；
11.恢复被选中进程的现场信息进入处理器；
12.(中断返回指令触发)逆向模式转换并弹出PSW/PC；

进程切换的发生时机

进程切换一定发生在中断/异常/系统调用处理过程中， 常见的情况是：
•阻塞式系统调用、 虚拟地址异常导致被中断进程进入等待态；
•时间片中断、 I/O中断后发现更高优先级进程导致被中断进程转入就绪态；
•终止用系统调用、 不能继续执行的异常导致被中断进程进入终止态；
 

进程切换与模式切换

一些中断/异常不会引起进程状态转换， 不会引起进程切换， 只是在处理完成后把控制权交回给被中断进程， 处理流程是：
• (中断/异常触发)正向模式切换压入PSW/PC；
• 保存被中断进程的现场信息；
• 处理中断/异常；
• 恢复被中断进程的现场信息；
• (中断返回指令触发)逆向模式转换弹出PSW/PC；