2.3进程及其实现

进程的定义和性质

进程是 操作系统进行资源分配和保护的基本单位 ；是支持程序执行的系统机制，既能用来共享资源又能描述程序并发执行过程的系统基本单位。

为什么引入进程概念？

• 刻画系统动态性
• 发挥系统的并发性（主要原因）
• 程序并发执行引起资源共享和竞争，执行程序不再处于封闭环境中。
• 程序概念自身无法刻画程序的并发特征，从而引入进程概念。
• 解决系统"共享性"，正确描述程序执行状态。

进程的状态及转换

（待补充：模型图的实际理解）

进程的三态，五态模型

(上课强调：图重要需要掌握）

三态图运行状态：

• 运行态：进程占有处理器正在运行的状态
• 就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行的状态
• 等待态：指进程不具备运行条件，正在等待某个时间完成的状态。

五态模型在三态模型的基础上增加了新建态和终止态：

• 新建态：对应于进程被创建的状态，尚未进入就绪队列
• 终止态：指进程完成任务到达正常结束点，或者出现无法克服的错误而异常终止，或被操作系统及有终止权的进程所终止时所处的状态。

五态模型创建一个进程需要两个步骤：

• 为新进程分配所需要的资源和建立必要的管理信息
• 设置该进程为就绪态，并等待被调度执行

对终止态的进程的解释：

处于终止态的进程不再被调度执行，下一步将被系统撤销，最终从系统消失。

终止一个进程的两个步骤：

• 先等待操作系统或相关的进程进行善后处理（如抽取信息）
• 回收占用的资源，并被系统删除

进程七态模型——挂起

背景：三态和五态模型都是假设内存中有序不断的创建进程。系统资源不满足进程运行要求时，必须把某些进程挂起（suspend)。

挂起的目的：为了暂时不参与调度****，释放它占有资源。置于磁盘对换区，以平滑系统负荷。

带有挂起的模型即为七态模型。七态模型在五态模型基础上增加了挂起就绪态和挂起等待态：

• 挂起就绪态：进程具备运行条件，但是在外存中，只有被对换到内存才能被调度执行。
• 挂起等待态：标明进程正在等待某一个事件发生且在外存中。

挂起进程的特征：

• 该进程不能被立即执行
• 挂起进程可能会等待一个事件，但所等待的事件是独立于挂起条件的，事件结束并不能导致进程执行条件（即：挂起的这个进程可能在等待一个事件，但是这个事件对进程没有必然的影响）
• 进程进入挂起状态是由于操作系统，父进程或进程本身阻止它运行
• 结束进程挂起状态的命令只能通过操作系统或父进程发出。

进程的描述和组成

进程映像（elf)

• 进程控制块

• 进程程序块

• 进程核心块

• 进程数据块

  进程->用户线程（共享用户空间）->内核线程（没有用户空间）

进程的上下文（必须掌握）

操作系统中把进程物理实体和支持进程运行的环境合称为进程上下文。
新进程占有处理器时，新老进程随之发生上下文切换。进程的运行被认为是在上下文中执行。

进程控制块（PCB）

Process Control Block（PCB）- 进程控制块是操作系统用于记录和刻划进程状态及有关信息的 数据结构 。
包括：进程执行时的情况，进程让出处理器后所处状态，断点等信息。
其包含三类信息：

• 标识信息
• 现场信息
• 控制信息

进程的队列及管理

处于同一状态的所有 PCB 链接在一起的数据结构称为进程队列。

同一状态进程的PCB既可按 先来先到 的原则排成队列，也可按照 优先数或其他原则 排队（调度，算法时会提及）

通用队列组织方式：
（需要进一步查询数据结构补全）

• 线性方式
• 链接方式
• 索引方式

进程上下文切换和CPU模式切换（待补）

进程切换是让处于运行态的进程中断运行，让出处理器，这时要做一次 进程上下文切换 ，CPU(用户态到核心态）

（重要，掌握两种切换的对应）

进程切换

调度和切换时机问题

（主要一点：修改PCB信息）

处理器模式切换

进程的控制和管理

首先说明概念：

管态：管态又名特权态，系统态或核心态。

目态：又名用户态。

原语：在管态下执行，完成系统特定功能的过程

原语和机器指令类似，特点是 执行过程中不允许被中断 ，是不可分割的基本单位，是顺序的不可能并发。

进程的控制和管理包括：

• 创建进程
• 阻塞进程
• 唤醒进程
• 挂起进程
• 激活进程
• 终止进程
• 撤销进程

上述功能均通过原语实现。