（七）操作系统-进程的基本概念

一、知识总览

二、进程的定义

1. 程序

  程序：就是一个指令序列。
  单道程序：程序的代码放在程序段内，程序运行过程处理的数据放在数据段内（如变量）

  多道程序：内存中同时放入多道程序，各个程序的代码、运算数据存放的位置不同。为了方便操作系统管理，完成各程序并发执行，引入了进程、进程实体的概念。

  系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各种信息（如程序代码存放位置）。

2. 进程实体

  PCB、程序段、数据段三部分构成了进程实体（进程映像）。一般情况下，我们把进程实体就简称为进程，例如：所谓创建进程，实际上是创建进程实体中的PCB；而撤销进程，实质上就是撤销进程实体中的PCB。
  PCB是进程存在的唯一标志。

3. 进程的定义

从不同角度，进程可以由不同的定义，比较传统典型的定义有：

• 进程是程序的一次执行过程。
• 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。
• 进程是具有独立功能的程序在数据集合上运行的过程，他是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

即：进程具有动态性。

引入进程实体的概念后，可把进程定义为：

• 进程是进程实体的运行过程，是系统进程资源分配和调度的一个独立单位。

4. 进程和进程实体

  严格来说，进程实体和进程并不一样，进程实体是静态的，进程则是动态的。（在考研题目中除专门考查二者区别，均可以认为进程实体就是进程。因此可以说“进程由程序段、数据段、PCB三部分组成”）。

三、进程的组成

1. 组成

  进程（进程实体） 由程序段、数据段、PCB三部分组成。

2. 程序段

  程序代码即存放在程序段中。

3. 数据段

  程序运行时使用、产生的运算数据。如全局变量、局部变量、宏定义的常量，就存放在数据段内。

4. PCB

  操作系统通过PCB来管理进程，因此PCB中应该包含操作系统对其进行管理所需的各种信息。

4.1 进程描述信息：

• 进程标识符PID：当进程被创建时，操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的ID，用于区分不同的进程（类似于身份证号）。
• 用户表示符UID：标识这个进程所属的用户是谁。

4.2 进程控制和管理信息

• 进程当前状态
• 进程优先级

4.3 资源分配清单：

• 程序段指针
• 数据段指针
• 键盘
• 鼠标

4.4 处理机相关信息

• 各种寄存器值：当进程切换时需要把进程当前的运行情况记录下来保存在PCB中，如程序计数器的值表示当前程序执行到哪一句。

5. 小结

• 进程的管理者（操作系统）所需的数据都在PCB中。
• 程序本身的运行所需的数据都在数据段和程序段中。

四、进程的组织

  在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理，应该用适当的方式把这些PCB组织起来。
  进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题。

1. 链接方式

  执行指针：指向当前处于运行状态（执行态）的进程。由于单CPU计算机中，同一时刻只会有一个进程处于运行态，故执行指针指向的就只有一个进程。
  就绪队列指针：指向当前处于就绪态的进程。通常会把优先级高的进程放在队头。
  阻塞队列指针：指向当前处于阻塞态的进程，很多操作系统还会根据阻塞原因不同，再分为多个阻塞队列。

2. 索引方式

  索引方式与链接方式很类似。这些指针指向的是一个索引表，而不是一个队列的头。索引表的各个表项会指向处于该状态的各个进程所对应的PCB操作系统。操作系统会为不同状态的进程建立不同的索引表，各个索引表的表项指向处于这个状态的各个进程的PCB。

3. 小结

五、进程的特征

1. 动态性

  进程是程序的一次执行过程，是动态地产生、变化和消亡的。动态性是进程最基本的特征。

2. 并发性

  内存中有多个进程实体，各进程可并发执行。

3. 独立性

  进程是能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位。进程是资源分配、接受调度的基本单位。

4. 异步性

  各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题。异步性会导致并发程序执行结果的不确定性。

5. 结构性

  每个进程都会配置一个PCB。结构上看，进程由数据段、程序段、PCB组成。

6. 小结

六、总结

• PCB是进程存在的唯一标志。
• 进程的管理者（操作系统）所需的数据都在PCB中。
• 程序本身的运行所需的数据在程序段、数据段中。