操作系统–进程管理

进程概念

进程：申请资源和调度资源的基本单位，一个进程就是一个程序的一个运行过程。是一个动态的概念，在不同的操作系统中，会有不同的进程出现。

程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储。

进程与程序对应关系：
- 一个程序可以对应一个进程或者多个进程
- 一个进程可以对应一个程序，或者一段程序

进程结构

进程由程序，数据集合，进程控制块PCB（Process Control Block）
PCB，进程在创建的时候，同时创建。进程结束的时候，PCB删除。

进程状态转化

进程的状态：

• 新状态：进程已经创建，但未被os接纳为可执行进程
• 就绪状态：准备执行
• 执行状态：占用处理机（单个处理机环境中，某一个时刻仅一个进程占用处理机）
• 阻塞状态:等待某时间发生才能执行，如等待I/O完成等
• 终止状态：因停止或取消，被os从执行状态释放

挂起概念

挂起：操作系统中将进程换出内存，我们将这称为进程的挂起。
五状态转换：

五状态队列模型调度：

进程控制

进程的两种执行模式：

系统模式（系统态）：具有最高特权，运行系统特定的指令。
用户模式（用户态）：较低的特权，用户一般运行在用户模式

进程切换和模式切换

进程切换：作用于进程之间的一种操作。当分派程序收回当前进程的CPU并准备把它分派给某个就绪进程时，该进程将被引用。
模式切换：是进程内部所引用的一种操作。当用户程序转入系统调用，或者相反时，该操作将被调用。

进程调度

进程调度：在一个队列中，按照某种方法（算法），选择一个合适的个体的过程。

调度目标

调度目标：公平性，处理机利用率，提高系统吞吐量，尽量减少进程的响应时间。

进程调度–面向系统原则

优先权

优先权：队列可以根据进程的优先权不同，组织不同的就绪队列。进程调度时，首先选择高优先权队列中的进程，当优先权高的队列没有进程的时候，在选择较低优先权的队列中的进程。

如图：

进程调度方式

剥夺方式

剥夺方式：时间片到了，进程被剥夺；有新的优先权高的进程插入。

非剥夺方式

非剥夺方式：执行进程只有在执行完毕，或者申请I/O阻塞自己时，才中断其执行，释放处理机，调入新进程。

进程调度类型

长程调度

长程调度 ：又称为作业调度，它为被调度作业或用户程序创建进程，分配必要的系统资源，并将创建的进程插入就绪队列，等待短程调度。或者将新建的进程插入到就绪/挂起队列，等待中程队列。

中程调度

中程调度：内外存之间的对换功能的一部分。当内存空间紧张的时候，将内存中的进程换到外存挂起；当内存空闲的时候，将外存中挂起的进程换到内存。

短程调度

短程调度：也称为进程调度，即就绪队列中的哪个进程将获取处理机。

进程调度算法

先来先服务算法：（适合长程，中程，短程调度）

该方法按照进程到达的先后顺序排序，每次调度对首的进程。

短进程优先算法：（适用长程和短程调度）

当需要调度进程的时候，通过计算判定就绪队列中哪个进程的预期执行时间最短；哪个最短，就调度哪个。

时间片轮转调度法：（适用于短进程调度）

就是在相同时间片内，在各个进程之间的轮转调度的方式。

基于优先级的调度算法

为每个进程定义一个优先级，优先级越高的进程，将优先获取处理机的调度。（这个算法可以和上面的时间片轮转方法结合使用，相互完善）
静态优先级：一旦确定，则进程运行期间优先级一直不改变。
动态优先级：系统首先赋予进程一个初始优先级，该优先级将随着进程的运行而改变。（剩余时间最短者优先，响应比高者优先）

剩余时间最短者优先：进程的剩余时间越短，优先级越高
响应比高者优先：进程（预期执行时间）越长，优先级越低；而随着进程的等待时间越长，优先级越高

反馈调度算法

反馈调度算法是一种根据进程执行历史调整调度方式调度方法，它结合了时间片轮转调度思想。
调度顺序：首先将进程放到第一个就绪队列中。如果在这个队列中无法完成进程，将进程移动到下一个就绪队列中，等待执行。

问题：为什么要在不同的队列中设置不同的时间片？
因为，没有在上一级队里中完成的进程，说明它的需要运行的时间比较多。我们将它放到下一级队列中，并提供较大的时间片，这样可以减少处理机内存的换进换出，提高系统效率。
问题：当一个进程运行完毕后，需要从哪里调用新的进程？
从第一个就绪队列中，调用新的进程。调用新的进程的时候，我们选择优先级高的进程先调用。