进程管理

进程管理

1.进程的描述

1.1进程的定义

1）进程是一个程序的一次执行。
2）进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行发生的活动。
3）进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

1.2进程的特征（具有PCB结构 ）

1）动态性。进程实际上是进程实体的执行过程，因此，进程实体具有一定的生命期，而程序则只是一组有序指令的集合，是静态的。
2）并发性。多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。
3）独立性。进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接收调度的基本单位。
4）异步性。进程是按照异步性方式进行的，即按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

1.3 进程状态

1.3.1进程的三种基本状态

1）就绪状态。这是指进程已处于准备好运行的状态，即已分配到除CPU以外的必要资源，只要再获得CPU，就执行。
2）执行状态。进程已经获得CPU，正在执行中。
3）阻塞状态。这是指正在执行中的进程由于发生某件事（如：I/O请求、申请缓冲区失败）暂时无法继续执行的状态，亦即进程的执行收到阻塞。

1.3.2三种基本状态之间的转换图

进程在运行的过程中经常会发生状态的转换。

1.3.3创建状态和终止状态

进程是由创建而产生的，创建进程有多个步骤构成，如：首先申请一个空白PCB，并向PCB中填写用于控制和管理进程的信息，引入创建状态是为了保证进程的调度必须在创建工作完成后进行。
进程的终止状态要通过两个步骤：首先，是等待操作系统进行善后处理，最后将PCB清零，并将空白的PCB空间返回系统。
1.3.4 挂起操作
由于终端客户在自己程序运行期间发现有可疑问题，希望暂停自己程序的使用，以便修改；或者说，有时父进程有时想要挂起自己的某个子进程，以便考查和修改等原因，系统中开始引入挂起操作。
如进程状态所示，所谓的挂起状态，是三种基本的进程状态遇到其他需求时，需要暂停，对程序进行修改或者检查的时候，一种暂时等待的模式，等到问题解决后，再继续执行后续的进程。

1.4 进程管理中的数据结构

1.4.1 操作系统管理控制的数据结构

内存表、设备表、文件表和用于进程管理的进程表（PCB）

1.4.2 PCB的作用

1）作为独立运行基本单位的标志，取得了OS服务的权利，系统是通过PCB感受进程的存在的。
2）能实现间断性运行方式，程序是采用停停走走间断性的运行方式运行的，当进程因为阻塞而暂停运行的时候，它必须保留自己运行时的CPU现场信息，以便再次调度时候，恢复现场信息。
3）提供进程管理所需要的信息，当调度程序调度到某进程运行的时候，只能根据PCB中记录的程序和数据在内存或外存中的初始指针，找到相应的程序和数据。
4）提供进程调度所需要的信息，只有处于就绪状态的进程才可以被调度执行，PCB中提供了进程出于何种状态下的信息。
5）实现与其他进程的同步与通信，实现诸进程的协调运行。

1.4.3 PCB中的信息

1）进程标识符，用于唯一地标识一个进程，其外部标识符是为了方便用户对进程的访问，内部标识符是为了方便系统对进程的使用。
2）处理机状态，处理机状态信息主要有处理机的各种寄存器中的内容组成，当处理机处于执行状态的实惠，正在出来的许多信息都放在寄存器中，当进程被切换的时候，处理机状态信息都必须保存在相应的PCB中。
3）进程调度信息，当操作系统进行调度的时候，必须了解进程的状态亦即有关进程调度的信息，如：进程优先级、阻塞原因等。
4）进程控制信息，包括：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。

1.4.4 PCB的组织方式

1）线性方式（所有的PCB都组织在一张线性表）
2）链接方式（把具有相同状态进程的PCB分别通过PCB中的链接字链接成一个队列）
3）索引表（根据进程状态的不同，建立几张索引表）

2. 进程控制

2.1进程的创建

2.1.1进程的层次结构

在操作系统中，允许一个进程创建另一个进程，通常把创建进程的进程称为父进程，把被创建的进程称为子进程，子进程可以创建更多的孙进程。进程之间的这种关系十分重要，因为子进程可以继承父进程所拥有的资源，当子进程被撤销的时候，要将从父进程那里获得的资源归还给父进程，而且要撤销父进程，同时必须撤销子进程。

2.1.2 引起创建进程的典型事件

1）用户登录。在分时系统中，用户在终端键入登录命令后，若登录成功，就会创建一个进程。
2）作业调度。当调度程序调度作业时，将它们装入内存中，为它们创建进程。
3）提供服务。当用户提出某种服务请求的时候，系统将专门创建一个进程提供服务，如：打印。
4）应用请求。用户进程自己创建的新进程，以便新进程同以同创建者进程并发运行的方式完成特定的任务。

2.1.3 进程的创建

1）申请空白的PCB
2）为新进程分配其运行所需要的资源，包括物理和逻辑资源，新进程对资源的需求要告知OS或者父进程。
3）初始化PCB：初始化标识信息，初始化处理机状态信息，初始化 处理机控制信息。
4）如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。

2.2 进程的终止

2.2.1 引起进程终止的事件

1）正常结束，表示进程的任务已经完成，准备退出运行。
2）异常结束，进程运行时，遇到了某种异常事件，使程序无法执行。
3）外界干预，进程的外界请求而终止运行。

2.2.2进程的终止过程

1）根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态；
2）若被终止程序正处于执行状态，应立即种植该进程的执行，并置调度标志为真；
3）若该进程还有子孙进程，予以停止。
4）将被终止进程所拥有的全部资源归还给父进程或OS；
5）将被终止进程（PCB）从所在队列中移除，等待其他程序来搜集信息。