操作系统精髓与设计原理（二）——进程描述和控制

文章目录

• • 什么是进程
  • • 进程和进程控制块
  • 进程状态
  • • 两状态进程模型
    • 进程的创建和终止
    • 五状态模型
    • 被挂起的进程
  • 进程描述
  • 进程控制
  • • 进程创建
    • 进程切换

现代操作系统最基础的任务就是进程管理。

什么是进程

开发操作系统是为了给应用程序提供一个方便、安全和一致的接口。

进程和进程控制块

上一章对进程的定义：

• 一个正在执行的程序。
• 计算机中正在运行的程序的一个实例。
• 可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体。
• 由单一的顺序的执行线程、一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。

可以把进程当成由一组元素组成的实体，进程的连个基本的元素是程序代码和代码关联的数据集。
进程实体包括：进程控制块（PCB）、程序段、数据集。
进程可以表征为一下的元素：

• 标识符
• 状态
• 优先级
• 程序计数器
• 内存指针
• 上下文数据
• io状态信息
• 记账信息：可能包括处理器的时间总和、使用的时钟数总和、时间限制和记帐号等

前述的列表信息存在一个叫做进程控制块 的数据结构中。进程控制块包含了充分的信息，这样就可以中断一个进程的执行，并且在后来恢复执行程序时就好像进程未被中断过。

进程状态

在设计控制进程的程序时，第一步就是描述进程的状态。

两状态进程模型

运行态和未运行态。

进程的创建和终止

进程的生存期都围绕着进程的创建和终止。
进程的创建：当一个新进程添加到那些正在被管理的进程集合中去时，操作系统需要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：一个进程引发另一个进程的创建。前一个进程叫做父进程，被派生的叫做子进程。
进程终止：批处理作业中包含一个Halt指令或用于终止的操作系统显式服务调度用来终止。Halt指令将产生一个中断，警告操作系统一个进程已经完成。

五状态模型

运行态、就绪态、阻塞、新建态、退出态。

新建态时，程序还保存在外存中。
对于没有优先级的方案中，可以将等待的进程放入FIFO队列中等待调度。

被挂起的进程

如果把被阻塞的进程都堆积在内存中，将耗费大量的内存空间。
进程状态模型增加一个状态：挂起态。当内存中所有的进程都处于阻塞态时，操作系统可以把其中的一个进程置于挂起态，并将他转移到磁盘中，内存中释放的空间可以被调入的另一个进程使用。

进程描述

操作系统维护着四种不同类型的表：内存、IO、文件和进程。
操作系统用于控制进程的属性集合称为进程控制块。程序、数据、栈和属性的集合称为进程映像。
进程控制块信息分为三类：

• 进程标识信息
• 处理器状态信息
• 进程控制信息

进程控制

进程创建

1. 给新进程分配一个唯一进程标识符
2. 给进程分配空间
3. 初始化进程控制块
4. 设置正确的连接
5. 创建或扩充其他数据结构

进程切换

何时切换进程：时钟中断、IO中断、内存失效。

1. 保存上下文，包括程序计数器和其他寄存器。
2. 更新当前处于运行态进程的进程控制块，包括将进程状态改变的到另一状态。还必须更新同其他相关域，包括离开运行态的原因和记账信息。
3. 将进程的进程控制块转移到相应状态的队列。
4. 选择另一进程执行。
5. 更新所选进程的的进程控制块，包括将状态改为运行态。
6. 更新内存管理的数据结构。
7. 恢复上下文。