第二章 进程管理
第二章 进程管理
一、进程
1、概念
进程映像（进程实体）是静态的；
进程映像=程序段+相关数据段+PCB（进程控制块）
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一个独立单位
| 进程的区别与联系 |
|---|
| 1、进程是程序及数据在计算机上的一次运行活动，是一个动态的概念。进程的运行实体是程序，离开程序的进程没有存在的意义。从静态角度看，进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。而程序是一组有序的指令集合，是一种静态的概念 |
| 2、进程是程序的一次执行过程，它是动态地创建和消亡的，具有一定的生命周期，是暂时存在的；而程序则是一组代码的集合，是永久存在的，可长期保存【同一个程序多次执行会对应多个进程】 |
| 3、一个进程可以执行一个或者几个程序。一个程序也可以构成多个进程。进程可以创建进程，而程序不能形成新的程序。 |
| 4、进程与程序的组成不同。进程的组成包括程序、数据和PCB。 |
进程包括：
当前活动，如程序计数器的值和处理器寄存器的内容等
进程堆栈：包括临时数据，如函数参数、返回地址和局部变量
数据段：包括全局变量
堆：这是进程运行时动态分配的内存
2、特征
动态性：是程序的一次执行
并发性：引入进程的目的是为了使程序并发执行，以提高资源利用率
独立性：是指进程实体可以独立运行，独立获得资源和独立接受调度的基本单位
凡是没建立PCB的程序，都不能独立运行
异步性：进程制约性，进程执行的间断性
解决异步问题：OS中配置相应的进程同步机制
结构性：进程实体=程序段+数据段+进程控制块
3、状态
一次只有一个进程可以在一个处理器上运行。但许多进程可以处于就绪态和阻塞态。
只有就绪进程可以获得处理器资源，被唤醒的进程并不能直接转换为运行态。
运行态：进程正在处理机上运行
就绪态：进程已经获得了除处理机之外的一切资源；占用CPU，并在CPU上独立运行【仅缺少处理机】
阻塞态（等待态）：进程需要其他资源（除了处理机）或者等待某事件
创建态：进程正在被创建，尚未转到就绪态
【初始化PCB】创建进程：1、申请一个空白PCB。2、向PCB中填写控制和管理进程的信息。3、系统为该进程分配运行时所需要的资源。4、转入就绪态
结束态：进程正从系统消失，分为正常结束和异常退出
【撤销PCB】处理资源释放和回收工作
状态转化：
创建态→就绪态：系统完成就绪工作
运行态→终止态：运行结束或者遇到不可修复的错误
就绪态→运行态：就绪态经过处理机调度后获得处理机资源
运行态→就绪态：（中断）时间片用完或在可剥夺系统中有更高优先级，让出处理机
运行态→阻塞态：主动的行为，请求资源使用和分配，等待某事件发生（进程的某一资源还没有准备好）
阻塞态→就绪态：被动的行为，资源分配到位
4、控制
**原语：**进程用的程序段 特点：执行期间不允许中断，他是一个不可分割的基本单位
**进程的创建：**父进程：创建者 子进程：被创建者
**引起进程创建的事件：**终端用户登录系统、作业调度、系统提供服务、用户程序的应用请求等
子进程可以继承父进程，子进程撤销时将资源归还给父进程，父进程撤销时，同时撤销子进程
创建原语：
1、 为新进程分配一个唯一的进程标志号，申请空白PCB（PCB有限），若申请失败，则创建失败
2、 为进程分配资源，若资源不足，则处于阻塞态，等待资源
3、 初始化PCB【初始化：标识信息、处理机状态信息、处理机控制信息、设置进程优先级】
4、 若进程就绪队列能够接纳新进程，则新进程插入就绪队列，等待被调度运行
进程的终止：
引起进程终止的事件：1、正常结束 2、异常结束 3、外界干预：进程应外界请求而终止运行
撤销原语：
1、 根据被终止进程的标识符，检索PCB，从中读取该进程状态
2、 若处于执行状态，立即终止，将处理机资源分配给其他进程
3、 若进程有子孙进程，则终止子孙进程
4、 将全部资源归还父进程或操作系统
5、 将PCB从列表删除
进程的阻塞和唤醒
进程的阻塞（主动行为：等待资源）【BLOCK】
1、 找到被阻塞进程的标识号对应对的PCB
2、 运行态→阻塞态
3、 PCB插入等待队列，将处理机调度给其他就绪进程
进程唤醒（资源到达）【Wakeup】
1、 找到被阻塞进程的标识号对应对的PCB
2、 阻塞态→就绪态
3、 PCB插入等待队列，将处理机调度给其他就绪进程
进程切换：从一个进程运行转到另一个进程运行
引起进程切换的事件：时间片用完、主动放弃处理机、被更高优先级的进程剥夺处理机
切换原语：
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PCB
4、 根据PCB恢复进程所需运行环境
调度：决定资源分配给哪个进程；切换：实际分配行为。先有调度再有进程切换
5、组织
进程控制块PCB【保存进程运行期间的相关数据】
进程存在的唯一标志。OS通过PCB表来管理和控制进程
常用组织方式：链接方式，索引方式
进程控制块PCB（是一个数据结构）是进程存在的唯一标志，保存进程运行期间的相关数据
程序段：能被进程调度程序调度到CPU运行的程序的代码段
数据段：存储程序运行期间的相关数据，可以是原始数据也可以是相关结果
进程控制块包含程序的相关信息
| 程序状态 | 状态可以包括创建态、就绪态、运行态、阻塞态、终止态 |
|---|---|
| 程序计数器 | 计数器表示程序将要执行的下个指令的地址 |
| CPU寄存器 | 计算机体系结构不同寄存器类型和数量不同。包括累加器、索引寄存器、堆栈指针、通用寄存器、和其他条件码信息寄存器。在发生中断时，这些状态信息与程序计数器一起需要保存，以便进程以后能正确继续执行 |
| CPU调度信息 | 包括进程优先级、调度队列的指针和其他调度参数 |
| 内存管理信息 | 根据OS使用的内存系统，这类信息可以包括基地址和界限寄存器的值、页表或者段表 |
| 记账信息 | 包括CPU时间、实际使用时间、时间期限、记账数据、作业或者进程数量 |
| I/O状态信息 | 这类信息包括分配给进程I./O设备列表，打开文件列表等 |
6、通信
共享存储
低级方式的共享：基于数据结构
高级方式的共享：基于存储区
OS只负责为通信进程提供可共享使用的存储空间和同步互斥工具，数据交换则由用户自己安排读写指令完成
消息传递
进程间数据交换是以格式化消息为单位
直接通信方式：直接把消息挂到接收进程的消息队列
间接通信方式：发送进程把发送消息发送到某个中间实体，接受进程从中间实体取得消息
管道通信**【半双工通信】**：利用一种特殊的pipe文件连接两个进程
管道：指链接一个读进程和一个写进程以实现通信的共享文件【在内存中开辟一个大小固定的缓冲区】