软件架构考试基础知识 002：进程的状态与其切换

进程状态转换的说明

在操作系统中，进程的状态表示其当前的执行情况和资源占用情况。进程状态的转换反映了操作系统如何管理和调度进程。以下是进程状态转换的说明：

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1. 三态模型（Three-state Model）

三态模型是最基础的进程状态模型，它将进程的状态分为以下三种：

1. 运行态（Running）
2. 就绪态（Ready）
3. 阻塞态（Blocked）

状态转换图

   +-------+          +-------+          +-------+|       |          |       |          |       || Ready |<-------->|Running|<-------->|Blocked||       |          |       |          |       |+-------+          +-------+          +-------+

状态说明

1. 运行态（Running）

   • 进程正在CPU上执行，占用CPU资源。
   • 只有当前进程才会处于运行态，其他进程要么等待CPU，要么等待某些外部事件。

2. 就绪态（Ready）

   • 进程已经准备好执行，等待CPU分配资源。
   • 就绪态的进程被放入一个就绪队列中，等待调度器将其调度到CPU上运行。

3. 阻塞态（Blocked）

   • 进程由于等待某些外部事件（如I/O操作完成、信号量等）而暂停执行。
   • 一旦外部事件满足，进程会从阻塞态转换到就绪态。

状态转换

• 就绪态 → 运行态：进程被调度器选择并分配CPU资源。
• 运行态 → 就绪态：当前运行进程的时间片用完，或更高优先级的进程进入就绪态。
• 运行态 → 阻塞态：进程需要等待外部事件（如I/O操作）。
• 阻塞态 → 就绪态：外部事件完成，阻塞状态的进程可以再次进入就绪态。

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2. 五态模型（Five-state Model）

五态模型是三态模型的扩展，增加了两个新状态，分别是新建态（New）和终止态（Terminated）。五态模型更详细地描述了进程的生命周期。

状态转换图

   +-------+          +-------+          +-------+          +-------+          +-------+|       |          |       |          |       |          |       |          |       ||  New  |--------->| Ready |<-------->|Running|<-------->|Blocked|<-------->|Terminat||       |          |       |          |       |          |       |          |       |+-------+          +-------+          +-------+          +-------+          +-------+

状态说明

1. 新建态（New）

   • 进程刚刚被创建，尚未被操作系统调度。
   • 操作系统会为进程分配资源（如内存）并将其加入就绪队列。

2. 就绪态（Ready）

   • 同三态模型中的就绪态。

3. 运行态（Running）

   • 同三态模型中的运行态。

4. 阻塞态（Blocked）

   • 同三态模型中的阻塞态。

5. 终止态（Terminated）

   • 进程完成执行或被操作系统终止。
   • 操作系统会回收该进程的资源。

状态转换

• 新建态 → 就绪态：操作系统完成进程的初始化，将其加入就绪队列。
• 就绪态 → 运行态：进程被调度器选择并分配CPU资源。
• 运行态 → 就绪态：时间片用完或更高优先级进程抢占。
• 运行态 → 阻塞态：进程等待外部事件。
• 阻塞态 → 就绪态：外部事件完成，进程从阻塞态转换到就绪态。
• 运行态 → 终止态：进程完成执行或被操作系统终止。
• 阻塞态 → 终止态：进程在阻塞状态下被操作系统强制终止。

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三态模型 vs 五态模型

模型	状态数量	特点	适用范围
三态模型	3	简单，适合描述基本的进程调度	教学、基础操作系统设计
五态模型	5	详细，适合描述完整进程生命周期	现代操作系统、复杂调度场景

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总结

• 三态模型是理解进程调度的基础模型，适合描述CPU调度和资源分配的简单场景。
• 五态模型是三态模型的扩展，增加了新建态和终止态，适合描述现代操作系统中进程的完整生命周期。
• 五态模型更符合现代操作系统的实际调度机制，尤其是在支持多任务、多用户和复杂调度算法的系统中。