【简记】Operating System——Process

This memo is based on the course of Dr.Li with Operating System as the reference book.

本part重点：

进程概念

• 3.1 进程概念

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3.1 进程概念

进程的三个维度（区分不同的进程）：在执行什么程序；用到了哪些数据；处于什么状态

注意ready状态和waiting状态的区别
状态的分类各操作系统有区别

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PCB

每个进程在操作系统内用进程控制块（PCB）来表示。它包含许多与一个特定进程相关的信息。（存放在内存中）

• 进程状态
• 程序计数器：表示进程要执行的下个指令的地址
• CPU寄存器：
• 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
• 记账信息：包括CPU时间、时间界限、记账数据（当使用云计算的时候，可通过相关信息计费）
• I/O状态信息

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3.2 调度队列

进程的调度可以理解成将PCB通过队列进行管理。

当进程被分配到CPU并执行时，可能会发生下面几种事件中的一种：

• 发出一个io请求，并被放到io队列中
• 可能创建一个新的子进程，并等待其结束
• 可能会由于中断而强制释放CPU，并被放回就绪队列中

时间片：是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法。每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。

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3.2.3 上下文切换

q：为什么有上下文切换？
a：程序在执行时为了追求高效率，它希望变量放在CPU寄存器或者内存里面。所以当进程运行时，一定会使用到寄存器。所以当进程切换时，寄存器里的值要先备份，确保进程以后能正确地执行。

这是在引进了mutil-tasking后出现的时间开销。

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Linux下的PCB

• 优先级（为进程分级）
• 调度策略：非实时进程，基于优先权的轮转法；实时进程，用先进先出算法；实时进程，用基于优先权的轮转法
• 所有就绪进程均放置在就绪队列，构成一个双向链表
• 所有进程（以PCB形式）组成双向链表

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3.3 进程操作

3.3.1 进程创建

子进程的资源有多种可能：

• 子进程是父进程的复制品（具有与父进程相同的程序和数据）（并不是指针指向同一个对象，而是得到一份完全相同的“对象”）
• 子进程不从父进程共享资源，重新独立申请

对于子进程，系统调用fork()返回值为0；对于父进程，返回值为子进程的进程标识符（非0）

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3.3.2 进程终止

调用exit()请求操作系统删除自身时，进程终止。
可以返回状态值到父进程，所有进程资源会被系统释放。

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3.4 进程通信

3.4.1 共享内存系统

生产者-消费者模型

3.4.2 消息传递系统

同步通信和异步通信

同步式通信也称为阻塞式通信：
发送进程等待，直至接受进程确认收到消息
接受进程等待，直至有个消息到达

异步通信是非阻塞式的：
发送进程发出消息后继续进行其他操作
接收者收到一个有效消息或空消息