1_1-虚拟化-抽象-进程

进程：一个正在执行的程序

1. 程序本身是“lifeless” - 在磁盘上的一堆指令/数据

2. OS为正在运行的程序提供的抽象，可以通过不同的数据结构和其使用的系统资源表征一个进程

3. 进程的主要构成：

   • PCB（进程控制块）
     • 程序计数器Program Counter：程序当前正在执行哪个指令
     • 寄存器信息
     • 栈指针Stack pointer；Frame pointer：管理函数参数栈、局部变量和返回地址
     • I/O信息（打开文件列表）
     • 进程标识信息（进程ID、父进程ID、用户ID等）
     • 调度信息
   • 程序代码
   • 数据

4. 为什么进程被暂停后还能恢复到原来位置？

   • 下一条要执行的指令位置
   • 当时各个寄存器里的值
   • 程序运行时的数据状态

   原因：

   • 暂停时，保存CPU现场到该进程的PCB等数据结构中
   • 恢复时，把该进程原来的现场重新装入CPU

进程：创建

1. 将程序代码/静态数据载入内存，进入进程的地址空间
   • 程序最初在磁盘中，可执行格式（ELF-linux,PE-windows）
   • OS载入进程（lazily）
     • 仅当程序执行需要时载入代码或数据【分页和交换】
2. 为程序运行时栈（stack）分配内存
   • 使用栈存放：local variables,function parameters, return address
   • 使用参数初始化栈：main()函数中的argc, argv
3. 为程序堆（heap）分配内存（lazily）
   • C程序中堆用与显式请求的动态分配数据
   • 程序通过调用malloc()请求此空间，并通过调用free()释放该空间
   • 数据结构（如链表、散列表、树和其他数据结构）需要堆
4. OS做了一些其他的初始化任务
   • I/O设置
   • UNIX系统中，每个进程默认有三个打开的文件描述符
   • 标准输入（STDIN = 0）,标准输出（STDOUT = 1），标准错误（STDERR = 2）
5. 最后从main()函数启动程序运行
   • 操作系统将CPU控制权转交给新创建的进程

进程：状态

1. 一个进程可以处于三种状态之一
   • 运行（Running）
     • 进程正在处理器上运行，这意味着它正在执行指令
   • 就绪（Ready）
     • 进程已准备好运行，但由于某种原因，操作系统选择不在此时运行
   • 阻塞（Blocked）
     • 一个进程执行了某种操作，并且在等待结果
     • 例子：当进程向磁盘发起I/O请求时，它会被阻塞，因此其他进程可以使用处理器
2. 还有其他一些进程可以处于的状态
   • 初始状态（initial）：表示进程在创建时处于的状态
   • 最终状态（final）：可以处于已退出但尚未清理的最终状态

进程状态转换

• 从就绪到运行意味着该进程已经被调度（scheduled）
• 从运行到就绪意味着该进程已经取消调度（descheduled）
• 一旦进程被阻塞（例如通过发起I/O操作），OS将保持进程的这种状态，直到法案生某种事件（例如，I/O完成）

进程管理中的关键数据结构

• 进程控制块（Process Control Block, PCB）：存储关于进程的信息
  • 进程状态；程序计数器，堆栈指针、内存信息等；调度信息
• 进程/任务列表
  • 就绪队列
  • 阻塞队列
  • 当前运行进程
• 上下文切换（context-switch）：依赖PCB保存和恢复现场
  • 当一个进程停止时，它的寄存器将被保存到这个内存位置
  • 通过恢复这些寄存器（将它们的值放回实际的物理寄存器中），操作系统可以恢复运行该进程