进程描述和控制

博主： Xherlock
发布时间：2022 年 03 月 26 日
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3012字数
分类：操作系统

# 进程描述和控制

## 什么是进程

可以把进程视为由一组元素组成的实体，进程的两个基本元素是**程序代码**（program code）和与代码相关联的**数据集**（dataset）

用元素来表征进程：

* 标识符（identifier）：与进程相关的唯一标识符，用来区分其他进程
* 状态：若进程正在执行，则进程处于运行态
* 优先级：相对于其他进程的优先顺序
* 程序计数器：程序中即将执行的下一条指令
* 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，以及与其他进程共享内存块的指针
* 上下文数据（context data）：进程执行时处理器的寄存器中的数据
* I/O状态信息：包括显式I/O请求、分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表
* 记账信息：包括处理器时间总和、使用的时钟数总和、时间限制、记帐号等

上述信息存放在**进程控制块**（process control block）

## 进程状态

### 两状态进程模型

在任何时刻，进程要么正在执行，要么未执行

![image-20220315104745563.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/369713312.png)

使用排队图来描述分派器的行为（被中断的进程转移到等待进程队列中，或在进程结束或取消时销毁掉它）

![image-20220315104922540.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1867187250.png)

### 进程的创建和终止

**进程的创建**

将一个新进程添加到正被管理的进程集时，操作系统需要建立用于管理该进程的数据结构，并在内存中给它分配地址空间

**触发进程创建的事件**

* 新的批处理作业
* 交互登录
* 为提供服务而由操作系统创建
* 由现有进程派生（spawn）

一个进程派生另一个进程，前一个为父进程，后一个为子进程

**触发进程终止的事件**

* 正常完成
* 超过时限
* 无可用内存
* 超出范围
* 保护错误
* 算术错误
* 时间超出
* I/O失败
* 无效指令
* 特权指令
* 数据误用
* 操作员或操作系统干涉
* 父进程终止
* 父进程请求

### 五状态模型

1. 运行态running：进程正在执行
2. 就绪态ready：进程做好准备，有机会即开始执行
3. 阻塞态blocked：进程在某些事件发生前不能执行
4. 新建态new：该新建的进程，还未被加入可执行进程组（未加载到内存）
5. 退出态exit：进程自身终止或被取消

![image-20220315112411750.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/3552908217.png)

两个队列

![image-20220315114427875.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/2598129676.png)

多个队列

![image-20220315114526742.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/2776638487.png)

### 被挂起的进程

原因：处理器比I/O活动速度块，会出现内存中所有进程都在等待I/O的现象

解决：**交换**，把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中$\rightarrow$当内存中不存在就绪态的进程时，操作系统就把被阻塞的进程（阻塞态）换出到磁盘中的挂起队列（suspend queue），就新增了**挂起态**

单挂起态模型

![image-20220315212328026.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1209539473.png)

包含两个挂起态的模型

![image-20220315212354709.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1765666267.png)

**进程挂起原因**

* 交换：操作系统需要腾出更多的内存空间以加载更多的就绪进程
* 其他OS原因：OS对可疑进程执行挂起，检测
* 交互式用户请求：用户希望对某个进程进行检查，如程序调试
* 定时：周期执行的程序在下一次执行周期到来前挂起等待执行
* 父进程请求

## 进程描述

### 操作系统的控制结构

操作系统为了管理进程和资源，必须掌握每一个的当前状态信息，因此维护四种不同的信息表

* 内存表：跟踪内存和外存
* I/O表：管理I/O设备和通道
* 文件表：提供当前存在文件中的信息
* 进程表：管理进程

![image-20220315235024882.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/606447297.png)

### 进程控制结构

**程序、数据、栈和属性**的集合称为进程映像（process image）

与每个进程相关的属性集称为`进程控制块`（process control block，PCB），它属于一种**数据结构**，存放了进程的程序段和数据段的位置

![1C0944F91647CD2D29A30A7F115CACC2.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/632575816.png)

**进程控制块中的信息**

* 进程标识符：每个进程都分配了一个唯一的数字标识符
* 处理器状态信息：由处理器寄存器的内容组成。运行一个程序时。进程的信息一定会出现在寄存器中。中断进程时，必须保存该寄存器的所有信息，以便进程恢复执行时可以恢复所有这些信息
* 进程控制信息：是操作系统控制和协调各种活动进程的所需的额外信息

## 进程控制

### 执行模式

大多数处理器至少支持两种执行模式：**非特权模式和特权模式**

非特权模式也称用户模式；特权模式也称系统模式、控制模式、内核模式

使用两种模式原因：保护操作系统和重要的操作系统表不受用户程序的干扰（内核模式下，软件会完全控制处理器及其所有指令、寄存器和内存）

### 进程状态

创建一个新进程步骤：

1. 为新进程分配一个唯一的进程标识符
2. 为进程分配空间
3. 初始化进程控制块
4. 设置正确的链接
5. 创建或扩充其他数据结构

### 进程切换

何时？：可在操作系统从当前正运行进程中获得控制权的任何时刻发生

* 中断（interrupt）：时钟中断、I/O中断、内存失效
* 陷阱（trap）：错误或异常条件
* 系统调用

最后修改：2022 年 03 月 26 日

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顶点软件
你写得非常清晰明了，让我很容易理解你的观点。
mars
博主你好，请问怎么知道的alloc函数属于Buffer下的方法...
lj
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Mr.Guan
:@(赞一个)
Typecho
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进程描述和控制

Xherlock • 2022 年 03 月 26 日

# 进程描述和控制

## 什么是进程

可以把进程视为由一组元素组成的实体，进程的两个基本元素是**程序代码**（program code）和与代码相关联的**数据集**（dataset）

用元素来表征进程：

上述信息存放在**进程控制块**（process control block）

## 进程状态

### 两状态进程模型

在任何时刻，进程要么正在执行，要么未执行

![image-20220315104745563.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/369713312.png)

使用排队图来描述分派器的行为（被中断的进程转移到等待进程队列中，或在进程结束或取消时销毁掉它）

![image-20220315104922540.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1867187250.png)

### 进程的创建和终止

**进程的创建**

将一个新进程添加到正被管理的进程集时，操作系统需要建立用于管理该进程的数据结构，并在内存中给它分配地址空间

**触发进程创建的事件**

* 新的批处理作业
* 交互登录
* 为提供服务而由操作系统创建
* 由现有进程派生（spawn）

一个进程派生另一个进程，前一个为父进程，后一个为子进程

**触发进程终止的事件**

### 五状态模型

![image-20220315112411750.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/3552908217.png)

两个队列

![image-20220315114427875.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/2598129676.png)

多个队列

![image-20220315114526742.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/2776638487.png)

### 被挂起的进程

原因：处理器比I/O活动速度块，会出现内存中所有进程都在等待I/O的现象

单挂起态模型

![image-20220315212328026.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1209539473.png)

包含两个挂起态的模型

![image-20220315212354709.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/1765666267.png)

**进程挂起原因**

## 进程描述

### 操作系统的控制结构

操作系统为了管理进程和资源，必须掌握每一个的当前状态信息，因此维护四种不同的信息表

* 内存表：跟踪内存和外存
* I/O表：管理I/O设备和通道
* 文件表：提供当前存在文件中的信息
* 进程表：管理进程

![image-20220315235024882.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/606447297.png)

### 进程控制结构

**程序、数据、栈和属性**的集合称为进程映像（process image）

与每个进程相关的属性集称为`进程控制块`（process control block，PCB），它属于一种**数据结构**，存放了进程的程序段和数据段的位置

![1C0944F91647CD2D29A30A7F115CACC2.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/03/632575816.png)

**进程控制块中的信息**

## 进程控制

### 执行模式

大多数处理器至少支持两种执行模式：**非特权模式和特权模式**

非特权模式也称用户模式；特权模式也称系统模式、控制模式、内核模式

使用两种模式原因：保护操作系统和重要的操作系统表不受用户程序的干扰（内核模式下，软件会完全控制处理器及其所有指令、寄存器和内存）

### 进程状态

创建一个新进程步骤：

1. 为新进程分配一个唯一的进程标识符
2. 为进程分配空间
3. 初始化进程控制块
4. 设置正确的链接
5. 创建或扩充其他数据结构

### 进程切换

何时？：可在操作系统从当前正运行进程中获得控制权的任何时刻发生

* 中断（interrupt）：时钟中断、I/O中断、内存失效
* 陷阱（trap）：错误或异常条件
* 系统调用

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