操作系统 笔记

一.进程

1.进程概念

1.1进程的定义

进程是程序在某个数据集上的一次运行活动

结构	说明
进程控制块 PCB	进程存在的唯一标识，包括进程描述信息、控制信息、资源分配信息等。
程序段	能被进程调度到 CPU 执行的代码。
数据段	进程对应的程序加工处理的原始数据。

1.2.进程的特征

• 动态性：进程是程序的一次执行，动态产生和消失
• 并发性：多个进程可以同时存在于内存中，在一段时间内同时运行。
• 异步性：进程按照各自的速度前进
• 独立性：进程是一个能独立运行、独立接受调度的单位。

1.3.进程和程序的区别

• 进程（程序的一次执行过程）是动态的，程序（一组指令的有序集合）是静态的。
• 进程是暂存的，在内存驻留；程序是长存的，在介质上长期保存。
• 一个程序可能会有多个进程。

1.4.进程的状态

状态	说明
创建态	进程正在被创建，尚未转到就绪态。
就绪态	进程已处于准备运行的状态，获得了除处理机外的一切资源。
运行态	进程正在处理机上运行。
阻塞态	进程正在等待某一事件而暂停运行，如等待某资源可用或等待 IO 流完成。
结束态	进程正常结束或中断退出。

1.5.进程状态变迁

• 就绪 ==> 运行： 进程调度
• 运行 ==> 就绪： 时间片到 / 被强占
• 运行 ==> 阻塞：请求服务 / 等待信号
• 阻塞 ==> 就绪：服务完成 / 信号来到

1.6.Linux 进程状态

• 可运行态： 就绪态和运行态都称为可运行态
• 阻塞态：浅度阻塞（可以被唤醒）/深度阻塞（不可被唤醒）
• 僵死态：进程终止执行，释放大部分资源
• 挂起态：进程被挂起
  

1.7.进程控制块（Process Control Block， PCB）

• 描述进程状态，资源，和与相关进程关系的数据结构
• PCB 是进程的标志
• 创建进程时创建PCB，进程撤销时PCB同时撤销

由此：进程 = 程序 + PCB，每创建一个PCB，就创建了一个进程

PCB中的基本成员：

• name (ID): 进程名称（标识符）
• status：状态
• next：指向下一个PCB的指针（方便操作系统遍历进程）
• start_addr：程序地址
• priority：优先级
• cpu_status：现场保留区（堆栈）
• common_info：进程通信
• process_family：家族
• own_resource：资源

1.8 进程的同步和互斥

同步：若干个进程为了合作完成某一共同任务，需要相互协调运行步伐，一个进程开始某个操作之前必须要求另一个进程已经完成某个操作，否则只能等待。

互斥：多个进程由于共享了独占性资源，必须协调各进程对资源的存取顺序，以确保没有任何两个或者以上的进程同时进行存取操作。

经典同步问题：生产者和消费者

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1.9 孤儿进程和僵尸进程

孤儿进程（Orphan Process） 是指在操作系统中，父进程已经终止或退出，但其子进程仍然在运行的情况。这些子进程失去了与父进程的联系，因此被称为“孤儿进程”。

操作系统会将这些孤儿进程的父进程设置为 init 进程（在 Linux 系统中，通常是 PID 为 1 的进程），由 init 进程负责管理它们的生命周期。

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孤儿进程的产生原因

1. 父进程意外终止：父进程由于崩溃、被强制终止或异常退出，未能正确等待子进程结束。
2. 父进程未调用 wait() 或 waitpid()：父进程没有显式地等待子进程结束，导致子进程在父进程退出后继续运行。

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孤儿进程的特点

1. 父进程为 init：孤儿进程的父进程会被操作系统重新设置为 init 进程。
2. 不会成为僵尸进程：孤儿进程最终会被 init 进程回收，因此不会成为僵尸进程。
3. 资源占用：孤儿进程会继续占用系统资源，直到它们自己退出或被终止。

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孤儿进程与僵尸进程的区别

特性	孤儿进程	僵尸进程
定义	父进程已终止，子进程仍在运行。	子进程已终止，但父进程未回收其资源。
父进程	被操作系统重新设置为 init 进程。	仍然是原来的父进程。
资源占用	占用系统资源，直到退出或被终止。	不占用系统资源，但占用进程表项。
处理方式	由 init 进程回收。	需要父进程调用 wait() 或 waitpid() 回收。

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孤儿进程的处理

1. 由 init 进程回收：操作系统会自动将孤儿进程的父进程设置为 init 进程，由 init 进程负责回收其资源。
2. 避免孤儿进程：
   • 父进程应显式调用 wait() 或 waitpid() 等待子进程结束。
   • 使用信号处理机制（如 S