第 3 讲 进程的描述与控制 ¶

1. 进程的定义和描述 ¶

程序顺序执行：计算机系统中只有一个程序在运行，该程序独占系统中的所有资源。一个程序执行完成之后另一个程序才能开始执行。 顺序执行是单道批处理系统的执行方式，也用于简单的单片机系统。

程序的并发执行：一定时间内，系统中有两个或两个以上的程序同处于开始运行但尚未结束的状态，并且次序不是事先确定的。 引入并发执行的目的是为了提高资源利用率。

并发执行引发的问题：同步，互斥，作业调度，进程调度，内存管理。

进程 (Process) 是具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位，也称任务 (Task)。

进程的组成：程序 + 数据 +PCB。

进程控制块 (PCB, Process control block) 是操作系统为了管理进程而设置的一个专门的数据结构，记录进程的外部特征，描述进程的 运动变化过程。PCB 是系统感知进程存在的唯一标志，进程与 PCB 一一对应。

PCB 中的内容：

1. 进程描述信息：
   1. 进程标识符 (process ID)，唯一，通常是一个整数
   2. 进程名，通常基于可执行文件名
   3. 用户标识符 (user ID)
   4. 进程组 (process group)
2. 进程控制信息：
   1. 当前状态
   2. 优先级 (priority)
   3. 代码执行入口地址
   4. 程序的外存地址
   5. 运行统计信息 ( 执行时间、页面调度 )
   6. 进程间同步和通信
   7. 阻塞原因
3. 资源占用信息：
   1. 虚拟地址空间的现状
   2. 打开文件列表
4. CPU 现场信息：
   1. 寄存器值 ( 通用、程序计数器 PC、状态 PSW，地址包括栈指针 )
   2. 指向赋予该进程的段 / 页表的指针

所有 PCB 组织在一起放在内存的固定区域构成 PCB 表，或称为进程表 (process table)。PCB 表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程个数，称为系统的并发度。

PCB 表的组织方式：

1. 链接结构：同一状态的进程其 PCB 成一链表，多个状态对应多个不同的链表索引结构，如就绪链表、阻塞链表。
2. 索引结构：同一状态的进程归入一个 index 表 ( 由 index 指向 PCB)，多个状态对应多个不同的 index 表，如就绪索引表、阻塞索引表。

2. 进程的状态 ¶

进程的 3 种基本状态：运行，就绪，阻塞。

4 种状态转换：

1. 运行 --> 阻塞：当一进程必须等待如下事件时：
   1. 对一资源的访问尚不能进行
   2. 初始化 I/O 且必须等待结果
   3. 等待某一进程提供输入 (IPC)
2. 运行 --> 就绪：运行进程用完了时间片，或因为一高优先级进程进入就绪状态，运行进程被中断。
3. 就绪 --> 运行：调度程序选择该进程运行。
4. 阻塞 --> 就绪：所等待的事件发生。

我们认为不存在另外两种情况。“就绪 --> 阻塞”不可能发生，某些 OS 可能存在“阻塞 --> 运行”。

3. 进程控制 ¶

进程控制由具有特定功能的原语完成。

原语 (primitive)：由若干条指令构成的“原子操作 (atomic operation)”过程，作为一个整体而不可分割——要么全都完成，要么全都不做。许多系统调用是原语，但并非系统调用都是原语。

包括：创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活。

4. Linux 和 Windows 的进程 ¶

略。