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操作系统 - 进程的概念

发布时间:2019-06-27 06:52 来源:未知 编辑:admin

  计算机中,CPU是最宝贵的资源,为了提高CPU的利用率,引入了多道程序设计的概念。当内存中多个程序存在时,如果不对人们熟悉的“程序”的概念加以扩充,就无法刻画多个程序共同运行时系统呈现出的特征。

  多道程序系统中,程序具有:并行、制约以及动态的特征。程序概念难以便是和反映系统中的情况:

  程序是完成某个功能的指令集和。系统实际上是出于不断变化的状态中,程序不能反映这种动态性。

  例如:两个C语言源程序由一个编译程序完成编译,若用程序概念理解,内存中只有一个编译程序运行(两个源程序看作编译程序的输入数据),但是这样无法说明白内存中运行着两个任务。程序的概念不能表示这种并行情况,反映不了他们活动的规律和状态变化。就像不能用菜谱(程序)代替炒菜(程序执行的过程)一样(这句话我稍微修改了一下,感觉应该是这样表诉才对)

  进程:一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度运行的基本单位

  两个进程即使执行在相同的程序上,只要他们运行在不同的数据集合上,他们也是两个进程。例如:多个用户同时调用同一个编译程序编译他们编写的C语言源程序,由于编译程序运行在不同的数据集合(不同的C语言源程序)上,于是产生了一个个不同的进程

  当操作系统要完成某个任务时,它会创建一个进程。当进程完成任务之后,系统就会撤销这个进程,收回它所占用的资源。从创建到撤销的时间段就是进程的生命期

  进程是系统中资源分配和运行调度的单位,在对资源的共享和竞争中,必然相互制约,影响各自向前推进的速度

  1. 动态特征:进程对应于程序的运行,动态产生、消亡,在其生命周期中进程也是动态的、

  b. 阻塞状态:为了等待某个外部事件的发生(如等待I/O操作的完成,等待另一个进程发来消息),暂时无法运行。也成为等待状态

  c. 就绪状态:具备了一切运行需要的条件,由于其他进程占用CPU而暂时无法运行

  a. 运行状态 === 阻塞状态:例如正在运行的进程提出I/O请求,由运行状态转化为阻塞状态

  b. 阻塞状态 === 就绪状态:例如I/O操作完成之后,由阻塞状态转化为就绪状态

  c. 就绪状态 === 运行状态:例如就绪状态的进程被进程调度程序选中,分配到CPU中运行,由就绪状态转化为运行状态

  d. 运行状态 === 就绪状态:处于运行状态的进程的时间片用完,不得不让出uCPU,由运行状态转化为就绪状态

  a. 系统进程:操作系统用来管理资源的进程,当系统进程处于运行态时,CPU处于管态,系统之间的关系由操作系统负责

  b. 用户进程:操作系统可以独立执行的的用户程序段,当用户进程处于运行态时,CPU处于目态,用户进程之间的关系由用户负责

  c. 进程控制块(PCB):为了管理和控制进程,系统在创建每个进程时,都为其开辟一个专用的存储区,用以记录它在系统中的动态特性。系统根据存储区的信息对进程实施控制管理。进程任务完成后,系统收回该存储区,进程随之消亡,这一存储区就是进程控制块

  PCB随着进程的创建而建立,撤销而消亡。系统根据PCB感知一个进程的存在,PCB是进程存在的唯一物理标识(这一点可以类比作业控制块JCB)

  PCB在不同的语言中,可能用不同的数据结构表示。为了系统管理和控制进程方便,系统常常将所有进程的PCB存放在内存中系统表格区(这是什么区?不懂,待我仔细查查),并按照进程内部标号由小到大顺序存放。

  整个系统中各进程的的PCB集合可用数组表示。这时进程内部标号可以与数组元素下标联系。

  各系统预留的PCB空间往往是固定的,如UNIX系统中规定进程数量不超过50个(这一点我有点怀疑)

  操作系统不同,PCB的格式、大小及内容也不尽相同。一般的,应该包含如下四个信息

  系统中,有着许多不同状态的进程,处于阻塞状态的进程阻塞原因各不相同,为了便于调度和管理,常将进程控制块PCB用适当的方法组织起来

  最简单,适用于进程数目不多的操作系统,如UNIX系统,缺点是调用时,往往需要查询整个PCB表,时间复杂度略高

  分别把具有不同状态的进程PCB组织在同一个表中,于是有就绪进程表、运行进程表(多机系统中,还有现在的多核系统应该也有吧)以及各种等待事件的阻塞进程表

  采用队列形式时,每个进程的PCB中要增加一个链指针表项,指向队列的下一个PCB起始地址。

  a. 把处于同一状态的进程的PCB通过各自队列的指针链接在一起,形成队列

  c. 排在队尾的PCB的队列指针项内容应该是“-1”或者一个特殊符号,表示这是队尾PCB

  所有处于阻塞队列中的PCB应该根据产生阻塞的原因今进行排队,每一个都称为阻塞队列,比如等待磁盘I/O的阻塞队列,等待打印机输出的阻塞队列

  要对进程进行控制,系统中必须设置一个机构,它具有创建进程、撤销进程、进程通信和资源管理等功能,这样的结构称为操作系统的内核(kernel)

  内核本身不是一个进程,而是硬件的首次延伸,它是加在硬件上的第一层软件。内核是通过执行各种原语操作来完成各种控制和管理功能的

  原语(primitive)是机器指令的延伸,用若干条机器指令构成,用以完成特定功能的一段程序。为保证操作的正确性,原语在执行期间是不可分割的(这点可以类比数据库中的事务)

  用于进程控制的原语有:创建进程原语、撤销进程原语、阻塞进程原语、唤醒进程原语、调度进程原语、改变优先级原语等

  一个进程如果需要时,可以创建一个新的进程。被建立的进程称为子进程,建立者进程称为父进程

  该原语的主要工作:为被建立的进程简历一个进程控制块,填入相应的初始值。主要操作过程是先向系统的PCB空间申请分配一个空闲的PCB,然后根据父进程所提供的参数,将子进程的PCB表目初始化,最后返回一个子进程内部名

  由父进程撤销子进程的PCB,注意,这里会撤销一个以该子进程为根的进程子树,并回收占用的全部资源

  进程的优先级是表示进程的重要性以及运行的优先性,拱进程调度程序调度进程运行时使用

  为了防止一些进程因优先级较低,而长期得不到运行,许多系统采用动态优先级,进程的优先级按照一些原则变化

  a. 作业开始时的静态优先数:作业的优先数取决于作业的重要程度、用户为作业运行时所付出的价格和费用大小、作业的类型等因素

  b. 进程的类型:一般系统进程的优先数大于用户进程的优先数;I/O型进程的优先数大于CPU型进程的优先数。这些都是为了充分发挥系统I/O设备的效能

  c. 进程所使用的资源量:使用CPU的时间越多,优先级越低。对其他资源使用的情况也类似的考虑

  各系统处于不同的考虑,有不同的优先数计算公式。这些公式主要来自于时间经验

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