进程管理

进程：运行着的程序

进程的组成：进程控制块PCB + 程序段 + 数据集合

PCB属于系统空间，程序段和数据集合属于用户空间

  • 进程组成图

  • PCB
    PCB

进程控制块PCB

  • PCB是操作系统用于控制和管理进程的一种数据结构，它包含了系统所需要的关于进程的所有信息，是操作系统中最重要的数据结构

  • PCB是进程存在的唯一标志，操作系统靠PCB感知进程的存在

  • 用户无法感知，也无法访问

进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性，结构性，共享性，制约性

进程三种基本状态：就绪，运行，阻塞（有的系统会有五种基本状态，增加了新建和完成/终止状态）

  • 关于完成状态
    • 处于该状态的进程还未从系统中消失，可能还有一些善后工作没完成，但是也不会再被调用了。
    • 一个进程可以在任何状态下终止而进入完成状态

这三种状态依然不够充分：（进程挂起的原因）

  • 一方面，处理机内存等系统硬件资源的利用率不高
  • 另一方面，处在活动的进程可能由于某种原因暂时静止不活动了，也不退出系统，造成CPU空闲，其他进程也无法使用CPU。

因此这就引入了挂起状态

  • 挂起的目的：是把进程占用的系统资源让出部分或全部，以供其他进程利用让出的姿态，提高系统的效率。

  • 处于静止的就绪或阻塞进程称为挂起状态，将被从内存对换到外存中。

多进程图像

  1. 如何组织多进程：PCB+状态+队列
  • 进程状态图：
  • 队列

  1. 多进程如何进行交替/切换：队列操作+调度+切换

通过一个重要的函数--schedule()

进入磁盘等待队列
schedule{
  p2=getNext(ReadyQueue);//getNext()即为调度策略
  switch_to(p1,p2);      //p1 p2为两个PCB，也即两个进程
}
  1. 多进程之间相互影响

  • 多个进程处于用户态，存在于内存中，如何防止进程之间内存使用不越界呢。

    • 进程使用的内存地址都是逻辑地址，并不是真正的物理地址，每一个逻辑地址通过映射表对应一个物理地址，因此虽然两个进程可能使用了同一个逻辑地址，但这两个逻辑地址映射的物理地址是不同的，这样一来，通过映射表将各个进程的内存分离了，这也是后面内存管理的内容，内存管理也是为了进程管理服务的。

进程控制

  • 进程切换与处理机执行模式切换的注意事项：

    • 进程切换是通过调度实现的，时机通常在事件中断时

    • 进程切换必然导致模式切换，模式切换不一定会发生进程切换（例如进程仅仅是进行一个系统调用，处理机由用户态切换到内核态，系统调用完后继续返回该进程执行，并没有切换到其他进程）

    • 无论是何种事件的中断，都会进行模式切换，进入内核执行中断处理程序

操作系统内核

  • 内核的组成：

    • 进程管理

    • 内存管理

    • IO管理

    • 与硬件有关的部分（中断处理、IO驱动程序、进程调度与控制用原语等）

内核常驻内存中

原语操作（也称为原子操作）：指不可分割的操作，要么不做，要么全做

  • 原语操作分类：

    • 机器指令级原语：执行期间不允许中断
    • 功能级原语：作为原语的程序段不允许并发执行（禁止被中断）

  • 关于原语的注意点：

    • 两类原语都在核心态执行
    • 通常利用原语的特性，把进程控制用程序段做成原语（创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语、进程同步原语等）

进程的创建与终止

1.进程图：为了提高系统的并发性和系统整体效率，进程运行过程中可以根据需要动态的创建子进程。类似于继承关系。

  • 进程图的要点：
    • 进程图是有向树，A为父进程，B、C为子进程；D、E又是B的子进程，A作为树的根，是这个进程家族的祖先
    • 子进程可以继承父进程所拥有的资源
    • 父进程可以动态的撤销（终止）子进程，子进程终止时，归还从父进程得到的资源
    • 父进程终止时，将同时撤销所有的子孙进程
  1. 进程创建
  • 进程创建过程（由系统调用，或创建原语创建进程）
    • 给新进程分配一个唯一的进程标识号PID，从系统空闲的PCB结构中摘出一个PCB表
    • 为新进程分配所需资源；主要是分配内存空间
    • 初始化PCB；包括进程名、用户名、父进程标识、优先级、处理机状态（就绪）、进程地址、栈指针等
    • 将新进程插入就绪队列
  1. 进程终止
  • 系统通过终止进程的系统调用或执行终止原语终止进程：
    • 根据标识号得到PCB，立即终止进程的运行
    • 回收全部资源（包括程序空间，外部设备等）
    • 若有子孙进程，则同时终止子孙进程，收回所有资源
    • 将PCB移除（暂存在系统其他空间），由其他进程搜集信息和进行善后工作，进入完成状态。待系统将该进程所有工作完成后，收回PCB，插入到空闲队列中，以供其他新的进程使用
并不是所有的OS都有进程树结构，UNIX是典型的带有进程树层次结构的系统，而Windows中不存在任何进程树结构的概念，所有进程都是地位相同的

进程阻塞与唤醒

  1. 进程阻塞

  • 引起进程阻塞的原因：

    • 启动IO操作
    • 请求系统资源
    • 同步约束
    • 服务进程无服务：当服务进程完成的自己的服务后，就会将自己阻塞起来

  • 进程阻塞过程：

    • 立即停止当前进程的执行，保护CPU现场保存到PCB中
    • 将进程状态修改为阻塞，插到阻塞队列中
    • 转进程调度程序重新选择一个就绪状态的进程投入运行

2.进程唤醒

  • 进程唤醒的方式

    • 系统进程唤醒
    • 事件发生进程唤醒

  • 进程唤醒过程：

    • 将相关的阻塞进程从阻塞进程中摘出
    • 修改阻塞进程状态为就绪，插入到就绪队列中
    • 调度程序进行新的调度，或继续回复原当前进程

进程的挂起与激活

  1. 进程挂起
  • 进程挂起的过程（通过挂起原语）
    • 找到需要挂起进程的PCB，将其从相应队列中摘出
    • 将其空间归还系统
    • 判断被挂起的状态，如阻塞状态，则将其修改为静止阻塞状态，就绪-->静止就绪
    • 申请交换区空间，将部分或者全部进程映像写到交换区，并将交换区地址记入PCB中
    • 若被挂起的进程为当前进程，则转向进程调度

2.进程激活
进程激活与挂起是对应相反的过程

进程间的相互关系

  • 结构相关进程（物理上）

    • 相关进程————进程动态创建产生多个子进程，构成进程树
      具有两个方面的相关特性：

      • 资源的继承性；
      • “消失”的同时性

    • 无关进程

  • 逻辑相关进程
    制约关系：进程间由于并发而产生首系统资源、信息交换、通信等因素干扰而等待。

    • 直接制约关系
    • 间接制约关系
posted @ 2021-09-28 11:17  这个世界会好的  阅读(240)  评论(0)    收藏  举报