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1. 进程的状态与转换

1.1 进程的状态


¹

进程是程序的一次执行。在这个执行的过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态。

三种基本运行状态

• 运行态（Running）：占有CPU，并在CPU上运行

注意：单核处理机（CPU）环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行态。（双核环境下可以同时有两个进程处于运行态）

• 就绪态（Ready）：已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，而暂时不能运行

该状态下的进程已经拥有了除处理机（CPU）之外所有需要的资源，一旦获得处理机，即可立即进入运行态开始运行。即：万事俱备，只欠CPU。

• 阻塞状态（Waiting/Blocked，又称：等待态）：因等待某一事件而暂时不能运行

如：等待操作系统分配打印机、等待读磁盘操作的结果。CPU是计算机中最昂贵的部件，为了提高CPU的利用率，需要先将其他进程需要的资源分配到位，才能得到CPU的服务

另外两种状态

• 创建态（）New，又称：新建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源、初始化PCB

操作系统需要完成创建进程。操作系统为该进程分配所需的内存空间等系统资源，并为其创建、初始化PCB（如：为进程分配PID）

• 终止态（Terminated，又称：结束态）：进程正在从系统中撤销，操作系统会回收进程拥有的资源、撤销PCB

进程运行结束（或者由于bug导致进程无法继续执行下去，比如数组越界错误），需要撤销进程。

操作系统需要完成撤销进程的工作。完成将分配给进程的资源回收，撤销进程PCB等工作

1.2 进程状态间的转换

• 就绪态—>运行态：进程被调度，需恢复进程运行环境、修改PCB内容和相应队列。
• 运行态—>就绪态（进程切换）：时间片到，或CPU被其他高优先级的进程抢占，需保存进程运行环境、修改PCB内容和相应队列。
• 运行态—>阻塞态：等待系统资源分配，或等待某件事发生（主动行为），需保持进程运行环境、修改PCB内容和相应队列。
• 阻塞态—>就绪态：资源分配到位，等待的事件发生（被动行为），需修改PCB内容和相应队列。如果等到的是资源，则还需为进程分配系统资源。
• 创建态—>就绪态：系统完成创建进程相关的工作，需修改PCB内容和相应队列。
• 运行态—>终止态：进程运行结束，或运行过程中遇到不可修复的错误

2. 进程控制

2.1 基本概念

什么是进程控制？


进程控制的主要功能是对系统中所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

简化理解：反正进程控制就是实现进程状态转换如何实现进程控制？用“原语”实现

如何实现进程控制？


用

原语

实现进程控制。原语的

特点

是执行期间

不允许中断

，只能一气呵成。这种不可被中断的操作即

原子操作

。

原语采用“

关中断

指令”和“

开中断

指令”实现

显然，

关/开中断指令

的权限非常大，必然是只允许在

核心态

下执行的

特权指令

2.2 进程控制的相关原语

学习技巧：进程控制会导致进程状态的转换。无论哪个原语，要做的无非三类事情：

1. 更新PCB中的信息（如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境）

   a. 所有的进程控制原语一定会修改进程状态标志
   
   b. 剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
   
   c. 某进程开始运行前必然要恢复其运行环境

2. 将PCB插入合适的队列
3. 分配 / 回收资源

• 
  进程的创建
  

  • 
    
    创建原语
    
    
    （无—>创建态—>就绪态）
    • 申请空白PCB
    • 为新进程分配所需资源
    • 初始化PCB
    • 将PCB插入就绪队列
  • 
    引起进程创建的事件
    
    • 用户登录：分时系统中，用户登录成功，系统会为其建立一个新的进程
    • 作业调度：多道批处理系统中，有新的作业放入内存时，会为其建立一个新的进程
    • 提供服务：用户向操作系统提出某些请求时，会新建一个进程处理该请求
    • 应用请求：由用户进程主动请求创建一个子进程

• 
  进程的终止
  

  • 
    
    撤销原语
    
    
    （就绪态 / 阻塞态 / 运行态—>终止态 —>无）
    • 从PCB集合中找到终止进程的PCB
    • 若进程正在运行，立即剥夺CPU，将CPU分配给其他进程
    • 终止其所有子进程
    • 将该进程拥有的所有资源归还给父进程或操作系统
    • 删除PCB
  • 
    引起进程终止的事件
    
    • 正常结束
    • 异常结束
    • 外界干预

进程的阻塞和唤醒


²

• 
  进程的阻塞
  
  • 
    
    阻塞原语
    
    
    （运行态—>阻塞态）
    • 找到要阻塞的进程对应的PCB
    • 保护进程运行现场，将PCB状态信息设置为“阻塞态”，暂时停止进程运行
    • 将PCB插入相应事件的等待序列
  • 引起进程阻塞的事件
    • 需要等待系统分配某种资源
    • 需要等待相互合作的其他进程完成工作
• 
  进程的唤醒
  
  • 
    
    唤醒原语
    
    
    （阻塞态—>就绪态）
    • 在事件等待队列中找到PCB
    • 将PCB从等待队列移除，设置进程为就绪态
    • 将PCB插入就绪队列，等待被调度
  • 引起进程唤醒的事件
    • 等待的事件发生：
      
      因何事阻塞就应由何事唤醒
      

• 
  进程的切换
  
  • 
    
    切换原语
    
    
    （运行态—>阻塞态/就绪态 就绪态—>运行态）
    • 将运行环境信息存入PCB
    • PCB移入相应队列
    • 选择另外一个进程执行，并更新其PCB
    • 根据PCB恢复新进程所需的运行环境
  • 引起进程切换的事件
    • 当前进程事件片到
    • 有更高优先级的进程到达
    • 当前进程主动阻塞
    • 当前进程终止