【期末复习】二、进程管理

程序：静态的，就是个存放在磁盘里的可执行文件，就是一系列的指令集合。

进程：动态的，是程序的一次执行过程。（同一个程序多次执行会对应多个进程）

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1.进程的内存结构🍊

1. 

【程序分析题】

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int global = 100;

void f(int x, int y) {
    int local = 50;
    int *p = (int *)malloc(100);
    // 假设在此处进行一些操作
    free(p);
}

int main() {
    static int s = 20;
    int a = 30;
    f(a, global);
    return 0;
}

①全局变量global存储在内存的哪个区域？

全局变量global存储在数据段（Data Segment）。

②函数f中的局部变量local存储在内存的哪个区域？

函数f中的局部变量local存储在栈（Stack）中。

③函数f中通过malloc分配的内存位于哪个区域？

函数f中通过malloc分配的内存位于堆（Heap）。

④函数main中的静态变量s存储在内存的哪个区域？

函数main中的静态变量s存储在数据段（Data Segment）。

⑤在函数f执行过程中，当调用malloc时，栈指针（SP）和程序计数器（PC）会如何变化？

当函数f调用malloc时，栈指针（SP）会向低地址方向移动（因为栈是从高地址向低地址生长），为局部变量local和指针p在栈上分配空间；程序计数器（PC）会指向malloc函数在内存中的代码位置（位于文本段，Text Segment），执行malloc函数的二进制指令，然后在堆上分配 100 字节的内存，堆指针会相应调整以指向新分配的内存块。

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2.进程的状态

三状态

进程何时离开CPU

内部事件：进程主动放弃(yield)CPU，进入等待/终止状态；使用I/O设备，(非)正常结束（除零异常）。

外部事件：进程被剥夺CPU使用权，进入就绪状态，这个动作叫抢占(preempt)；时间片到达，高优先权进程到达。

五状态

七状态

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【简答题】进程的三状态/五状态/七状态具体是什么？

三状态模型是最简单的进程状态模型，包括：

（1）运行（Running）： 进程正在使用CPU，其指令正在执行。

（2）就绪（Ready）： 进程具备执行条件，可以获得CPU执行，但当前未被分配CPU。

（3）阻塞（Blocked/Waiting）： 进程正在等待某个事件发生（如I/O操作完成），暂时不能执行。

五状态模型增加了对进程创建和终止的支持，包括：

（1）新建（New）：进程正在被创建，系统尚未对其进行完全初始化。

（2）就绪（Ready）：已准备好运行，但未获得CPU。

（3）运行（Running）：正在使用CPU执行。

（4）阻塞（Blocked/Waiting）：等待事件（如I/O）完成。

（5）终止（Terminated/Exit）：进程执行完成或被终止，等待操作系统进行清理。

七状态模型详细描述了进程切换的多个转变状态，具体状态可能因设计而异，一般包括：

（1）新建（New）：进程正在被创建，系统尚未对其进行完全初始化。

（2）就绪（Ready）：已准备好运行，但未获得CPU。

（3）运行（Running）：正在使用CPU执行。

（4）阻塞（Blocked/Waiting）：等待事件（如I/O）完成。

（5）终止（Terminated/Exit）： 进程执行完成或被终止，等待操作系统进行清理。

（6）挂起就绪（Ready Suspended）： 进程已被挂起，但若从挂起中恢复即可直接运行。

（7）挂起阻塞（Blocked Suspended）： 进程处于阻塞状态，并已被挂起。

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3.进程的切换 

中断是触发事件，可能会导致上下文切换，而进程切换是上下文切换在进程层面的一种体现。

进程切换是上下文切换的一种特殊情况，它特指 CPU 从一个进程的执行切换到另一个进程的执行。而上下文切换是指在多任务操作系统中，CPU 从一个进程（或线程）的运行环境切换到另一个进程（或线程）的运行环境的过程。

切换时机

进程需要进入等待状态（主动）

进程被抢占CPU而进入就绪状态（被动）

切换过程

保存被中断进程的上下文信息（Context）

修改被中断进程的控制信息（如状态等）

将被中断的进程加入相应的状态队列

调度一个新的进程并恢复它的上下文信息

【简答题】进程的上下文都包含哪些具体的内容？

进程的上下文主要包含以下两个方面：

(1) 运行实体： 栈、堆、数据段和文本段以及与之相关联的程序计数器（PC）、栈指针（SP）、通用寄存器等。

(2) 进程控制块（PCB）信息： 进程标识符（PID）、进程状态、优先级、打开的文件列表等。

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通过系统调用创建新进程：system()，fork()，exec()

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4.进程通讯

什么是进程通信？进程通信是指在操作系统中，不同的进程之间交换数据和信息的方式。其主要目的是为了在多进程环境中实现同步、资源共享和数据共享。

Linux常见的进程通信机制

①管道：匿名管道，命名管道（FIFO）

②消息队列

③共享内存

④信号量和 PV 操作

⑤信号

⑥套接字

5.线程<