操作系统—进程管理

本文深入探讨操作系统中的进程管理,包括进程的基本概念、状态转换、进程控制块PCB、进程创建与终止、进程同步与通信、线程以及线程实现方式。通过对进程控制块的解析,阐述了操作系统如何控制和管理进程,并详细讲解了信号量机制和管程在进程同步中的应用,最后介绍了线程作为调度单位的优势以及用户级和内核级线程的实现方法。

引言

进程是操作系统资源分配和能够独立运行的基本单位。在多道程序的环境下,程序是并发执行的,这有个并发和并行的概念。所谓的并发是在一大段时间内,程序看似是一起执行的,但是实际上在一个时间点上只有一个程序在执行任务,而并行则是在同一时间点上,多个程序同时执行任务。

进程

定义:进程是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个基本独立单位。
结构:一个进程实体由PCB(进程控制块)、程序段、相关数据段组成,进程的创建只是创建的PCB,而进程的撤销也是撤销的进程的PCB。
基本状态:进程有三个基本状态
①就绪态:当进程分配到资源后,只需要获得cpu就能执行时,就是出于就绪态。
②执行态:当进程获得cpu,正在执行程序时,就是执行态。
③阻塞态:当发生某些事件,进程无法执行而暂停时,则称为阻塞态。
在有些系统中,还引入了一个状态叫做挂起状态。
其他状态
挂起状态也可以称为静止状态,是由于某些需要(例如中断用户要静止程序、父进程请求、负荷调节、操作系统需要)来使程序保持静止。
在实际的系统中,为了管理需要还会引入创建状态和终止状态。
创建状态:进程有了自己的PCB,但是还没分配到资源,没有进入主存的状态。
终止状态:当进程达到了自然结束点,或者出现了无法克服的错误,或被操作系统终结,或被其他进程终结。进程的终结需要将PCB清零,将PCB空间返回给系统。

进程控制块PCB

为了描述和控制进程的运行,系统为每个进程定义了一个进程控制块PCB。PCB中描述了该进程当前情况的一些信息,操作系统根据PCB来控制和管理进程,PCB是进程的唯一标志。
PCB所包含的内容:
①进程标识符:唯一地标识一个进程。
②处理机状态:包含了该进程所占寄存器的状态。
③进程调度信息:包含了进程的当前状态,进程优先级,进程调度所需要的信息,阻塞原因。

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