第二章、进程的描述与控制（1）

第二章、进程的描述与控制（1）

传统的操作系统中，为了提高资源利用率和系统吞吐量，通常采用多道程序技术，将多个程序同时装入内存，并使之并发运行，作为资源分配和独立运行的基本单位都是进程。



一 、

1.1 程序顺序执行的特征

1.顺序性：每个操作都在下一个操作开始前完成

2.封闭性：程序在封闭的环境下运行，即程序运行时独占全机资源，资源点额状态（处初始状态外）只有本程序才能改变它，程序一旦开始执行，其执行结果不受外界因素影响；

3.可再现性：程序执行时的环境和初始条件相同，当程序重复执行时，结果不变。



1.2程序并发执行的特征

进程之间的共享系统资源，使得这些并发执行的程序之间形成相互制约关系。

1间断性：程序在并发执行时，由于在共享系统资源，以及为完成同一项任务而相互合作，致使并发执行程序之间形成了相互制约的关系。

2.失去封闭性：系统资源被各个进程使用。

3.不可再现性：由于失去封闭性，导致结果不一致。



二、进程的定义和特征

2.1进程的定义

1.进程控制块（Process Control Block ）:操作系统为进程分配的专门的数据结构

作用：系统用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志，进程与PCB是一一对应的。

ＰＣＢ记录的信息

在不同的操作系统中对进程的控制和管理机制不同，PCB中的信息是多少也不同，通常PCB应该包含下列信息：

1.进程标示符 name： 每个进程都必须有唯一的标示符，可以是字符串，也可以是一个数字。

2.进程的当前状态 status: 说明进程当前所处的状态，为了管理方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，比如就绪队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列，等待磁盘I/O完成队列等等。

3.进程相应的程序和数据地址，以便把PCB与其程序和数据联系起来，

4.进程资源清单。列出所拥有的处CPU外的资源记录，如拥有的I/O设备，打开的文件列表等。

5.进程优先级-priority：进程的优先级反映进程的紧迫程度，通常由用户指定和系统设置。

6.CPU现场保护区 cpustatus:当进程由于某种原因不同继续占用CPU时（如等待打印机），释放CPU,这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态，继续运行。

7.进程同步与通信机制 用于实现进程间的互斥，同步和通信所需的信号量等。

8.进程所在队列PCB的链接字 根据进程所处的现行状态，进程相应的PCB参加到不同的队列中，PCB链接字指出该进程所在队列中下一个进程PCB的首地址。

9.与进程有关的其他信息，如进程记账信息，进程占用CPU的时间等。



进程的概念：由程序段，相关数据段，和PCB三部分构成进程实体（称为进程映像）。

一般称为进程实体为进程。

所谓创建进程就是创建进程实体中的PCB：而撤销进程，实质上是撤销进程的PCB.

从其他角度定义进程：

1.进程是程序的一次执行。

2.进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。

3.进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立的程序。

在狭义的定义中：进程就是程序的执行过程。

2.2进程的特征

1.动态性：进程的实质是进程实体的执行过程



2.并发性：多个进程实体同在内存中运行，并且在同一段时间内运行。

3.独立性：指进程实体是一个能独立运行，独立获取资源，和独立接受调度的基本单位，当然进程实体必须有PCB。

4.异步性：进程实体按照各自的速度，独立的推进。

5.结构特征：进程由程序，数据，进程控制块（PCB）三部分组成。



2.2进程的三种基本状态

进程在并发执行时，共享系统资源，在运行过程中可能处在不同的状态

1.就绪（Ready）状态：处在该状态的进程放在就绪队列中，它们的特点就是已经获得了除CPU以外的系统资源，并且获得CPU后便可执行。

2.执行（Running）状态：指进程获得了CPU，并且在内存中执行，在单处理机中，只有一个进程处在该状态，多处理机中可以有多个进程在执行。

3.阻塞（Blocking）状态： 这是指正在执行的进程由于发生某事件（如I/O请求，申请缓存），锁阻塞，wait（等待资源）,sleep，暂时无法继续执行的状态。也就是说进程的执行受到阻塞。然后出现进程的调度，OS把处理机分配给另一个就绪进程，让受阻进程处于暂停状态，这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态和封锁状态。通常系统将处于阻塞状态的进程排成一个队列，称该队列为阻塞队列。在系统中会有多个阻塞队列，减少系统开销。



2.3三种基本状态的转换图

2.4进程的其他常见状态： 创建状态和终止状态

进程的创建过程：

1.进程申请一个空白PCB，向PCB填写用于控制和管理进程的信息。

2.然后为该进程分配运行所需的资源。

3.把该进程转入就绪状态，并插入就绪队列。

当进程处在1,2的时候，称为进程的状态为创建状态。

引起创建进程的事件

1.用户登陆

2.作业调度（多道批处理）

3.提供服务（用户提出请求）

4.应用请求



作用：引入创建状态为了保证进程的调度必须在创建工作完成后进行，以确保对进程控制块操作的完整性，并增加管理的灵活性。

终止状态（也叫死亡）：

终止操作：

1.等待操作系统进行善后处理。

2将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。

进程终止时，其子进程也将被终止

终止原因：

1.自然结束

2.出现无法克服的错误。

3.被操作系统所终结

4.被其他拥有终止权的进程所终结。



进程的五种基本状态和转换

2.5进程中的挂起操作和进程状态转换

挂起用于系统和用户方便分析进程。

当挂起操作作用于某进程后，该进程将处于静止状态。与挂起操作对应的是激活操作。



进程的挂起情况：

1.当进程正在执行时，挂起操作使该进行暂停执行。

2.当进程处于就绪状态时，该进程不接受系统调度。



2.6引入挂起操作后的三个进程状态的转换

说明： 挂起原语（suspend），激活原语（active）

1.活动就绪 静止就绪 ： 使用suspend

2.活动阻塞 静止阻塞 ： 使用suspend

3.静止就绪 活动就绪 ： 使用active

4.静止阻塞 活动阻塞 ： 使用active

活动阻塞：进程处在没有被挂起的阻塞状态。

静止阻塞：进程处在被挂起的阻塞状态

活动就绪：进程处在没有被挂起的就绪状态

静止就绪：进程处在被挂起的就绪状态



2.7引入挂起操作后的5个进程状态的转换



2.7引入创建操作，挂起和终止状态的进程状态图

2.9进程控制

包括

进程的创建，进程的终止，进程的挂起与激活，进程的阻塞与唤醒

进程控制一般是由OS的内核中的原语来实现的。

2.10进程的阻塞与唤醒：

阻塞原语：block ，唤醒原语：wakeup.

2.11引起进程阻塞和唤醒的事件

1.向系统请求共享资源失败，

2.等待某种操作的完成。（资源服务到位）

3.新数据尚未到达。（进程通信）

4.等待新任务的到达。（等待服务）



这里从网上搜集了两个问题加以巩固复习的内容：



1.进程的阻塞和挂起的区别

1.挂起是一种主动行为，恢复也是主动的，阻塞是一种被动的行为，恢复不确定。挂起队列可以看成一个队列，而阻塞队列可以根据阻塞原因的不同分成多个阻塞队列。

2.阻塞就是任务释放CPU（相当于失去执行权），而挂起不会失去执行权。挂起用于程序测试中的条件中断，进行单步调试。否则挂起的线程将一直拥有系统资源，其他线程不能利用。

3.阻塞是由任务实现引起的，而挂起则是由其他原因对任务进行处理产生的。

4.任务调度是由系统实现的。任务调度时直接忽略挂起状态的任务。



2.在windows下某个用户进程陷入死循环，但是系统还可以执行其他任务，为什么？

在某个进程进入死循环后，windows如何调度？

原理说明：

CPU一次只能执行一条指令，但是windows是多进程的系统，也就是单个CPU能够运行多个进程，其中的原理就是使用一个多进程的CPU调度算法，原理介绍：某个时刻执行一个进程的一条指令，下一个时刻执行另一个进程的指令，因为CPU的执行速度很快，我们感觉不到而已。

问题1：

Windows系统中有很多歌进程在执行，其中一个进程虽然进入死循环，但是它每次执行完一条指令后就要将CPU的控制权转交给其他进程，一个死循环并不会影响其他任务的执行，只是影响本进程的执行。

问题2：

当进程进入死循环后，与windows的CPU调度算法有关，当一个进程死循环后，除非用户将该进程杀死，否则这个进程将会一直死循环。