操作系统——2.并发与进程

第二章 并发与进程

2.1 进程的概念

★ 进程
一个正在执行的程序、正在运行的程序的一个实例、由处理器执行的一个实体
进程 = 进程控制块(PCB) + 程序段 + 数据段 + 栈

• 引入目的：
  使多道程序能够正确地并发执行
• 进程的两个基本属性：
  – 拥有资源的独立单位：一个进程包括一个保存进程映像的虚地址空间，拥有对资源的控制或所有权。
  – 调度／执行的基本单位：一个具有状态和优先级，可被被操作系统调度并分派的实体。

★ 基本特征

• 动态性：(本质特性) 一个正在计算机上执行的程序实例，存在生命周期
• 并发性：(重要特性) 任何进程都可以同其他进程一起向前推进
• 独立性：各进程的地址空间相互独立，除非采用进程间通信手段
• 异步性：按各自独立的、不可预知的速度向前推进
• 结构性

★ 进程的状态转换

• 就绪状态：进程在内存，已分配到除CPU之外的所有必要资源，准备执行
• 执行状态：进程已获得CPU，其程序正在执行。
• 阻塞状态：正在执行的进程由于需要等待某个事件发生而暂时无法继续执行。
• 新建状态：OS已完成为创建一个进程所必要的工作，但进程自身还未进入主存。
• 终止状态：进程完成或发生错误，其表格和其他信息暂时保留。
• 挂起状态：进程交换到外存，不再参与CPU的竞争。<—> 对换技术
• 就绪/挂起：进程在外存，只要调入内存并获得CPU即可执行
• 阻塞/挂起：进程在外存，等待事件

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进程挂起的原因：进程全部阻塞，处理机空闲；系统负荷过重，内存空间紧张；操作系统的需要，操作系统可能需要挂起后台进程或一些服务进程，或某些可能导致系统故障的进程；终端用户的请求；父进程请求。

2.2 操作系统为控制程序所建立的数据结构

内核的概念：一些与硬件紧密相关、基本的、公共的、运行频率较高的模块，以及关键性数据结构等常驻内存，便于提高操作系统运行效能的这部分软件，称为操作系统的内核。

★ 操作系统内核的功能

• 资源管理功能：进程管理、存储管理、I/O设备管理
• 支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作、统计监测功能

★ 操作系统控制结构
操作系统构造并维护它所管理的每个实体的信息表，一般有4种不同类型的表：内存、I/O、文件和进程。

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★ 进程控制块

进程控制块的作用： 进程存在的唯一标志；PCB常驻内存。

进程控制块中的信息：

• 进程标示符：唯一地标识一个进程。内部、父、用户标识符
• 处理机状态信息：通用寄存器、指令计数器、程序状态字、用户栈指针
• 进程控制信息：进程状态、进程优先级、进程调度所需的其他信息、事件
• 其他信息：程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针

进程控制块的组织方式：

• 索引方式、
• 链接方式(单一队列、多级队列)

2.3 操作系统对进程的控制

2.3.1 进程的创建

引起创建进程的事件

• 用户登录、为新的作业创建进程、操作系统因为提供一项服务而创建、由现有的进程派生

创建进程的步骤：

• 给新进程分配一个唯一的进程标识符
• 为进程分配空间、初始化进程控制块
• 建立链接，将之插入就绪或就绪/挂起链表
• 建立或扩充其它数据结构

2.3.2 进程的撤销

引起进程终止的事件

• 正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O故障）、外界干预（程序员kill进程、父进程终止、父进程请求）

进程终止的步骤

• 根据被终止进程的标识符找到其PCB，读出该进程的状态
• 若该进程为执行状态，则终止其执行，调度下一个就绪进程执行
• 若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止
• 将该进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统
• 将被终止进程的PCB从所在队列中移出

2.3.3 进程的阻塞

引起阻塞的事件

• 请求系统服务而得不到满足、启动某操作而需同步、新数据尚未到达、无新工作

进程阻塞的步骤

• 进程通过调用阻塞原语block( )把自己阻塞
• 将PCB中的状态由“执行”改为“阻塞”，并将PCB插入阻塞队列
• 调度程序将处理机分配给另