操作系统 - 进程 （中）- 三状态进程模型

• Edit 2017-03-20  • Updata 2017-03-20
很容易想到，一个进程可以处于两种状态：运行态和非运行态。在非运行态中，有的进程在等待某些事件完成（如：I/O设备）后才能执行，称为阻塞或等待态，有的进程运行条件都已经满足，只差 CPU 资源就可以运行，称为就绪态。因此我们引入三状态进程模型。

三状态进程模型

　　　　　　　　　　　　　　图1：三状态模型运行态：进程正在运行。
非运行态：a. 就绪态：进程获得了除处理器以外所有运行所需的资源，得到处理器资源即可运行。
　　         b. 阻塞态：进程由于等待某一事件的出现而暂停。
新建态：进程正在被创建，内存控制块还没有加入到就绪队列之前的状态。
退出态：进程正在结束，系统在回收资源。
从进程运行的周期来看，核心的状态是 运行，就绪，阻塞。另外还加入了新建和退出态。

三种状态之间的转换

新建态  →  就绪态：进程被创建后，放在就绪队列里。
分派（就绪态 → 运行态）：OS从就绪队列中选择一个进程运行（调度算法），又被称为调度。
超时（运行态 → 就绪态）：为了防止进程独占CPU，OS规定当程序运行时间达到规定最大值（时间片）时，响应中断将其放置到就绪队列中。
等待事件（运行态 → 阻塞态）：由于进程请求某种事件（如：I/O设备）而进入阻塞状态。
事件发生（阻塞态 → 就绪态）：当某种事件发生时，处于阻塞队列中等待这个事件的所有进程被转换到就绪队列中。
运行态  →  退出态：程序退出。
注：抢占（运行态 → 就绪态）：如果操作系统给某个进程赋予不同的优先级，假设A , B 两个进程，A优先级大于B，且B处于阻塞状态，当进程A运行时，B等待的事件发生了，则将B转为就绪态。由于B优先级大于A, OS将CPU资源分派给进程B，进程A变成就绪态，我们说进程B抢占了进程A。

模型怎样工作

进程创建后被加入到就绪态。
CPU每次从就绪态选择一个优先级最高的进程执行。
当一个正在运行的进程发生以下情况时，被给予不同的处理。终      止  →   转到退出态
等待事件  →   转到阻塞态
超     时   →   转到就绪态

当某个事件发生时，产生中断，OS将所有处于等待这个事件的进程转换为就绪态。
可以观察到，操作系统从就绪态选择某个进程执行，再将其放入到阻塞态或就绪态（图2左），如此循环。只有当某个事件发生时，才将事件所对应的阻塞进程转换为就绪态，借接着又去执行循环（图2右）。

　　　　　　　　　　　　图2：模型工作框图 通过一个例子来理解：假设有进程A, 在程序运行时有I/O设备访问，访问完成后程序退出。注：调度时OS根据优先级选择进程执行，不是进程A刚从阻塞队列放置到就绪队列，就去执行它，中间有可能执行了很多其他进程。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图：进程A执行过程 

三状态进程队列模型

我们可以用队列实现：由三状态进程模型，可以将就绪态和阻塞态用两个队列实现。如：图 a)单一的阻塞队列。

多队列的优势：当进程较多时，OS会频繁的遍历队列，例如当某个事件发生时，需要遍历阻塞队列所有的进程，将请求该事件的进程置为就绪态；当调度时，也需要遍历队列选择优先级最高的。因此可以使用多队列，提高运行速度。一个事件对应一个队列，当事件发生时，直接将该事件队列所有进程放到就绪队列里。
一个优先级对应一个队列，调度时，先执行优先级最高队列里的进程，队列为空时，执行优先级低的。


　　　　　　　　图3：多阻塞队列，就绪队列也可以使用多队列。 声明：以上内容整理自 《操作系统精髓与设计原理(原书第6版)》 参考 学堂在线 操作系统（清华大学）。本文为作者原创，转载请注明出处。