进程的概念、状态转换和进程控制块

1. 为什么要引入进程

     通常的程序是不能并发执行的，因为并发执行会使它们具有间断性、失去封闭性，并且其结果不可再现。

     为了使程序能够并发执行，并且对程序加以描述及控制，引入了进程的概念。

2. 进程的定义

     进程是进程实体的运行过程，进程实体由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成。在没有引入线程的操作系统中，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

3. 进程的状态

     （1）创建状态

          当一个新进程被创建时，系统为其创建PCB，并填写必要的管理信息。但由于该进程所需的资源尚未分配，进程还没有进入主存，进程还不能被调度运行。

     （2）就绪状态

          当进程已经被分配到除CPU以外的所有资源时，只要再获得CPU就可以执行，这种状态称为就绪状态。

     （3）执行状态

          进程获得了CPU，正在执行当中。

     （4）阻塞状态

          正在执行的进程由于发生一些事件暂时无法继续占有CPU时，进程进入阻塞状态。

     （5）挂起状态

          当有终端用户的请求，或父进程的请求，或系统负荷调节的需要，或操作系统的需要时，进程进入挂起状态。

     （6）终止状态

          当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统终结，或是被其它拥有终止权的进程终结，进程就进入终止状态。

进程状态转换图（无挂起状态）

4. 引起进程进入各种状态的事件

4.1 进入阻塞状态

     （1）请求的资源被其它进程占用。如：请求使用打印机资源，但打印机正在被其它进程使用。

     （2）启动某种操作。如：启动了某项I/O设备，只有在I/O设备完成了指定的I/O操作后进程才能继续执行。

     （3）新数据尚未到达。如：进程A用于输入数据，进程B用于对数据加工，如果进程A尚未输入完数据 ，则进程B阻塞。

     （4）无新工作可做。如：发送数据的进程已经发送完数据，且无新的发送请求，则该发送进程阻塞。

4.2 进入挂起状态

     （1）终端用户请求。如：终端用户在程序运行期间希望程序 暂停执行，进程进入挂起状态。

     （2）父进程的请求。如：父进程希望挂起自己的某个子进程，以便修改子进程或协调各子进程的活动。

     （3）进行负荷调节。如：当实时系统的负荷较重，系统可以把一些不重要的进程挂起。

     （4）操作系统的需要。如：操作系统挂起某些进程，以便检查运行资源的使用情况

5. 进程控制块（PCB）

5.1 进程控制块的作用

     进程控制块记录了操作系统所需的，用于描述进程的当前情况，以及控制进程运行的全部信息。操作系统是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。

     例子：

     （1）当操作系统要调度某进程执行时，要从该进程的PCB中查看其现行状态和优先级。

     （2）当调度某进程后，要根据PCB中保存的CPU状态信息，设置进程恢复运行的现场，并根据PCB中程序和数据的内存地址找到程序和数据。

     （3）当进程阻塞或挂起时，要将其断点的CPU环境保存在PCB中。

     （3）进程之间实现同步、通信、访问文件时，需要访问PCB。

5.2 进程控制块的内容

     （1）进程标识符（PID）。进程标识符唯一地标识一个进程。

     （2）CPU状态信息。由CPU的各种寄存器的内容组成。

     （3）进程调度信息。包括进程状态、进程优先级、进程调度所需的其他信息、引起状态转换的事件。

     （4）进程控制信息。包括程序和数据的地址、进程同步和通信所需的内容、进程所需和已有的资源清单、所在队列中指向下一个进程的链接指针。