操作系统7----进程控制_操作系统实验7进程的控制代码-优快云博客

本文详细介绍了进程控制的关键概念和技术，包括进程切换、创建、加载和执行、等待和终止等。通过具体的系统调用如fork、exec、wait和exit，阐述了进程生命周期中的重要阶段。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

进程控制

1.进程切换

2.进程创建fork

3.进程加载和执行exec

4.进程等待wait和终止exit

1.进程切换

进程切换(上下文切换)

暂停当前运行进程，从运行状态变成其他状态，调度另一个进程从就绪状态变成运行状态

进程切换的要求

切换前，保存进程上下文；切换后，恢复进程上下文；快速切换

进程生命周期的信息

寄存器 (PC, SP, …)；CPU状态；内存地址空间

进程控制块PCB:内核的进程状态记录

内核为每个进程维护了对应的进程控制块（PCB)，内核将相同状态的进程的PCB放置在同一队列

主要有就绪队列，IO等待队列，僵尸队列

2.进程创建fork

创建新进程

Windows进程创建API： CreateProcess(filename)

创建时关闭所有在子进程里的文件描述符 CreateProcess(filename, CLOSE_FD)

创建时改变子进程的环境 CreateProcess(filename, CLOSE_FD, new_envp)

https://blog.youkuaiyun.com/qq_34490018/article/details/80517329

Unix进程创建系统调用： fork/exec

fork()把一个进程复制成二个进程 parent (old PID), child (new PID)

exec()用新程序来重写当前进程 PID没有改变

https://blog.youkuaiyun.com/c1204611687/article/details/85613492

fork()系统调用

int pid = fork()；		// 创建子进程
if(pid == 0) {			// 子进程在这里继续
     // Do anything (unmap memory, close net connections…)
	exec(“program”, argc, argv0, argv1, …);
}

fork() 创建一个继承的子进程，复制父进程的所有变量和内存，复制父进程的所有CPU寄存器(有一个寄存器例外)。

fork()的返回值，子进程的fork()返回0，父进程的fork()返回子进程标识符，fork() 返回值可方便后续使用，子进程可使用getpid()获取PID

fork()的地址空间复制

fork()执行过程对于子进程而言，是在调用时间对父进程地址空间的一次复制，对于父进程fork() 返回child PID, 对于子进程返回值为0。

3.进程加载和执行exec

系统调用exec( )加载新程序取代当前运行进程

允许进程“加载”一个完全不同的程序，并从main开始执行(即_start)

允许进程加载时指定启动参数(argc, argv)

exec调用成功时，它是相同的进程，但是运行了不同的程序

代码段、堆栈和堆(heap)等完全重写

执行fork系统调用，pid返回值小于0，说明fork失败；pid=0,说明为子进程；pid>0，说明为父进程；

在子进程中执行exec调用，可以实现加载新程序来执行

main()
…
int pid = fork();			// 创建子进程
if (pid == 0) {			// 子进程在这里继续
    exec_status = exec(“calc”, argc, argv0, argv1, …);
    printf(“Why would I execute?”);
}  else {				// 父进程在这里继续
    printf(“Whose your daddy?”);
    …
    child_status = wait(pid);
}
if (pid < 0) { /* error occurred */

在shell中调用fork()后加载计算器的图示

执行fork调用，内核中持有两个PCB控制块，子进程是对于父进程的拷贝；

当加载exec时，子进程代码段，数据段，堆栈段被覆写，来执行新的程序代码

int  main()
{
     pid_t  pid;
      int  i;

      for  (i=0;  i<LOOP;  i++)
      {
           /* fork  another  process  */
           pid = fork();
           if  (pid < 0) { /*error  occurred  */
                fprintf(stderr, “Fork Failed”);
                exit(-1);
           }
           else if (pid == 0) { /* child process */
                fprintf(stdout,  “i=%d,  pid=%d,  parent  pid=%d\n”,I,      
                             getpid() ,getppid());
           }   
      }
      wait(NULL);
      exit(0);
}

fork()的开销

fork()的实现开销

对子进程分配内存，复制父进程的内存和CPU寄存器到子进程里

在99%的情况里，在调用fork()之后调用exec()，在fork()操作中内存复制是没有作用的，子进程将可能关闭打开的文件和连接

vfork() 创建进程时，不再创建一个同样的内存映像，创建进程时，不再创建一个同样的内存映像，子进程应该几乎立即调用exec()

使用 Copy on Write (COW) 技术