操作系统(2.2)--进程的描述与控制

目录

二、进程的描述

1.进程的定义和特征

1.1进程的定义

1.2进程的特征 

2.进程的基本状态及转换 

2.1进程的三种基本状态 

2.2 三种基本状态的转换 

2.3创建状态和中止状态

3.挂起操作和进程状态的转换

3.1 挂起状态的引入

3.2 引入挂起操作后三个进程状态的转换

3.3 引入挂起操作后五个进程状态的转换

4.进程管理中的数据结构

4.1操作系统中用于管理控制的

4.2 进程控制块PCB的作用

4.3 进程控制块中的信息

4.进程控制块的组织模块

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二、进程的描述

1.进程的定义和特征

1.1进程的定义

由程序段、相关的数据段和进程控制块(PCB) 三部分便构成了进程的实体( 简称进程)。

• 为了使参与并发执行的每个程序(含数据)都能独立地运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块(Process Control Block，PCB)。 系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。
• 所谓创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB;而撤消进程，实质上是撤消进程的PCB。
• 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独立单位。

其中较典型的进程定义有:

• (1)进程是程序的一次执行。
• (2)进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。
• (3)进程是程序在一一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 

进程和程序是两个截然不同的概念，除了进程具有程序所没有的PCB结构外，还具有
下面一些特征:

• (1)动态性。进程的实质是进程实体的执行过程，动态性就是进程的最基本的特征。
• (2) 并发性。是指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。在传统的OS中，独立性是指进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位。凡未建立PCB的程序都不能作为一个独立的单位参与运行。
• (4)异步性，是指进程是按异步方式运行的，即按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

2.进程的基本状态及转换 

2.1进程的三种基本状态 

• (1)就绪(Ready)状态。这是指进程已处于准备好运行的状态，即进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。
• (2)执行(Running)状态。这是指进程已获得CPU,其程序正在执行的状态。
• (3)阻塞(Block)状态。这是指正在执行的进程由于发生某事件(如I/O请求、申请缓冲区失败等)暂时无法继续执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞。

2.2 三种基本状态的转换 

 

2.3创建状态和中止状态

• 1)创建状态。一般而言，进程已拥有了自己的PCB，但进程自身还未进入主存，即创建工作尚未完成，进程还不能被调度运行，其所处的状态就是创建状态。
• 2)终止状态。进程的终止也要通过两个步骤:首先等待操作系统进行善后处理，然后将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止。权的进程所终结，它将进入终止状态。

 

3.挂起操作和进程状态的转换

3.1 挂起状态的引入

引入挂起状态的原因有:
(1)终端用户的请求
(2)父进程请求
(3)负荷调节的需要
(4)操作系统的需要

3.2 引入挂起操作后三个进程状态的转换

 

3.3 引入挂起操作后五个进程状态的转换

4.进程管理中的数据结构

4.1操作系统中用于管理控制的

数据结构一般分为以下四类:内存表、设备表、文件表和用于进程管理的进程表。

4.2 进程控制块PCB的作用

(1)作为独立运行基本单位的标志（PCB是进程存在的惟一标志）。
(2)能实现间断性运行方式
(3)提供进程管理所需要的信息
(4)提供进程调度所需要的信息
(5)实现与其它进程的同步与通信

4.3 进程控制块中的信息

1)进程标识符
进程标识符用于惟一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符:
①内部标识符。在所有的操作系统中，都为每一个进程赋予了一个惟一的数字标识符，它通常是一个进程的序号。设置内部标识符主要是为了方便系统使用。
②外部标识符。它由创建者提供，通常是由字母、数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。为了描述进程的家族关系，还应设置父进程标识及子进程标识。此外，还可设置用户标识，以指示拥有该进程的用户。

2)处理机状态
处理机状态信息主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。这些寄存器包括:
①通用寄存器，又称为用户可视寄存器，它们是用户程序可以访问的，用于暂存信息;
②指令计数器，其中存放了要访问的下--条指令的地址;
③程序状态字PSW，其中含有状态信息，如条件码、中断屏蔽标志等;
④用户栈指针，指每个用户进程都有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址，栈指针指向该栈的栈顶。

3)进程调度信息
在PCB中还存放一些与进程调度和进程对换有关的信息，包括:
①进程状态，指明进程的当前状态，作为进程调度和对换时的依据;
②进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程应优先获得处理机;
③进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算法有关，比如，进程已等待CPU的时间总和、进程已执行的时间总和等;
④事件，指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件，即阻塞原因。

4)进程控制信息
进程控制信息包括:
①程序和数据的地址，指进程的程序和数据所在的内存或外存地(首)址，以便再调度到该进程执行时，能从PCB中找到其程序和数据;
②进程同步和通信机制，指实现进程同步和进程通信时必需的机制，如消息队列指针、信号量等，它们可能全部或部分地放在PCB中;
③资源清单，即一张列出了除CPU以外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单;
④链接指针，它给出了本进程(PCB)所在队列中的下一个进程的PCB的首地址。

4.进程控制块的组织模块

线性方式

链接方式

索引方式