操作系统学习笔记(3)——进程描述与进程状态变化

一、进程的描述

进程：是系统中占用处理机及争夺其它系统资源的实体；程序必须在进程中运行；进程运行必须有栈用于保存现场。

进程的引入：

• 为了能实现同一作业的作业步并发
• 在作业某作业步等I/O时，另一逻辑上可并发作业步能使用CPU运行
• 引入进程后，逻辑上课并发的作业步在不同的进程中运行，处理机能在进程间切换

进程的定义：是有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动

进程的特点：

• 动态性：可动态创建、结束，也可以是精灵进程(即开机就创建、关机才消失的进程，一般是一些服务进程)
• 并发性：可以被调度轮流占用处理机运行
• 独立性：一个进程有自己独立的空间，互不打扰
• 制约性：因访问共享数据或进程间同步而产生制约

进程与程序的区别：

• 相同的程序可以在两个以上的进程中运行（如创建多个进程运行相同浏览器）
• 程序文件(永远)存放在磁盘中，运行时读入内存；而进程是在运行期间动态创建的(要有操作系统才可以，关机了进程就没有了)
• 程序只有程序语句及有初值数据变量和无初值数据变量；而进程一般有要处理的输入数据

二、进程的组成：管理进程的PCB表+进程映像

1、包括：

• 执行的程序及处理的数据，及存放程序和数据的内存空间
• 执行程序用的栈(含核心栈与用户栈)

注意理解：逻辑上可以理解为每一进程都有一个‘栈’，但实际运行上看一部分在‘核心栈’一部分在‘用户栈’。如之前提到的内核程序寄存在用户进程中运行，就是利用了用户进程的核心栈。

• 进程管理描述信息及运行要用的其他系统资源

2、进程映像：进程存放在内存中的进程执行程序、数据、栈。而如何存放则取决于内存的存储管理机制

3、进程控制块PCB：系统管理控制进程运行用的数据结构。其包含的信息包括：

• 进程标识信息：如本进程的标识(进程号)、本进程的产生者标识(父进程标识)、进程所属用户标识
• 处理机状态信息保存区(链式结构)：其实质就是核心栈。保存进程进入操作系统内核的运行现场信息：

通用寄存器：数据、地址寄存器

控制和状态寄存器：如程序计数器(PC)、处理机状态字(PS)

• 进程控制信息：

调度和进程状态信息：用于操作系统调度进程占用处理机的信息

进程间通讯信息：为支持进程间的通讯相关的消息队列、消息等，这些信息在接收方的进程控制块中

存储管理信息：包含有描述进程映像存储空间的数据结构

进程所用资源：说明由进程打开、使用的系统资源。如打开的文件等

链接信息：如就绪进程链等

三、进程的创建、结束、等待的系统调用

“进程创建”处理过程：

      

      

“进程结束”处理过程

      

“进程等待”系统调用：是进程之间的一种同步

      

四、进程的状态及变化

1、进程的5种状态

• 创建状态（New）：进程正在被创建
• 就绪状态（Ready）：进程获得了除了处理机之外的一切所需资源，万事俱备只缺处理机
• 运行状态（Running）：进程正在处理机上运行
• 阻塞/等待状态（Blocked）：进程正在等待某个资源(如打印机、独占式资源)或等待I/O完成而暂停运行
• 结束状态（Exit）：进程正在从系统中消失时的状态，这是因为进程结束或其它原因流产所导致

2、状态变化的情形      

       

       

       

       

       

       

3、挂起状态（suspend）

      

      因为挂起状态的设立时为了节约内存空间。那么上图中，首先应该是让那些需要等待事件的“等待/阻塞状态”从内存中释放，变成“等待/阻塞挂起”状态。如果内存还不够用，再考虑将“就绪状态”的进程从主存中挪到磁盘中去，变成“就绪挂起”状态。

     现代的操作系统随着虚存技术的发展，主存基本够用，所以不怎么需要考虑“挂起状态”了。