进程的基本概念解读(上)

简介: 进程的基本概念解读

什么是进程

对于进程的定义,从不同的角度可以有不同的定义,其中较典型的定义有:

(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) 进程是具有独立功能的程序在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。

 

PCB

系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程

注意:PCB是进程在计算机中的唯一标识(含有标识信息),计算机通过查看PCB来感知进程的存在。

进程的组成

程序+数据集合+进程控制块(PCB)

OS中用于管理控制的数据结构

计算机系统中,对于每个资源和每个进程都设置了一个数据结构,用于表征其实体,我们称之为资源信息表或进程信息表,其中包含了资源或进程的标识、描述、状态等信息以及一批指针。通过这些指针,可以将同类资源或进程的信息表,或者同一进程所占用的资源信息表分类链接成不同的队列,便于操作系统进行查找。

OS管理的这些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,通常进程表又被称为进程控制块PCB。

进程控制块PCB的作用

(1) 作为独立运行基本单位的标志。

(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。

进程控制块中的信息

在进程控制块中主要包括四部分的信息:

1)进程标识符

进程标识符用于唯一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符:

a) 外部标识符(相当于是可执行程序的文件名,由创建者提供,通常是由字母、数字组成,往往是用户访问该进程使用)。

b) 内部标识符(方便系统使用而设置,每一个进程赋予一个唯一的整数,作为内部标识符,PID)。

2) 处理机状态

处理机状态信息也称为处理机的上下文,主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。

3)进程调度信息

在OS进行调度时,必须了解进程的状态及有关进程调度的信息,这些信息包括:

进程状态,指明进程的当前状态,它是作为进程调度和对换时的依据;

② 进程优先级,是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,是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

是指用于进程控制所必须的信息,它包括:

① 程序和数据的地址,进程实体中的程序和数据的内存或外存地(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,这是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,在该清单中列出了进程在运行期间所需的全部资源(除CPU以外),另外还有一张已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。

前趋图

背景

在早期未配置OS的系统和单道批处理系统中,程序的执行方式是顺序执行,即在内存中仅装入一道用户程序,由它独占系统中的所有资源,只有在一个用户程序执行完成后,才允许装入另一个程序并执行。可见,这种方式浪费资源、系统运行效率低等缺点。

单道批处理系统:程序的执行方式是顺序执行即在内存中仅装入一道用户程序,由它独占系统中的所有资源,只有在一个用户程序执行完成后,才允许装入另一个程序并执行。

缺点:这种方式浪费资源、系统运行效率低等缺点

作用

为了能更好地描述程序的顺序和并发执行情况,我们先介绍用于描述程序执行先后顺序的前趋图。所谓前趋图(Precedence Graph),是指一个有向无循环图,可记为DAG(Directed Acyclic Graph),它用于描述进程之间执行的先后顺序。图中的每个结点可用来表示一个进程或程序段,乃至一条语句,结点间的有向边则表示两个结点之间存在的偏序(Partial Order)或前趋关系(Precedence Relation)。

表示

进程(或程序)之间的前趋关系可用“→”来表示,如果进程Pi和Pj存在着前趋关系,可表

示为(Pi,Pj)∈→,也可写成Pi→Pj,表示在Pj开始执行之前Pi 必须完成。此时称Pi是Pj的直接前趋,而称Pj是Pi的直接后继。在前趋图中,把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node),把没有后继的结点称为终止结点(Final Node)。此外,每个结点还具有一个重量(Weight),用于表示该结点所含有的程序量或程序的执行时间。

示例

图(a)存在着如下前趋关系:

P1→P2,P1→P3,P1→P4,P2→P5,P3→P5,P4→P6,P4→P7,P5→P8,P6→P8,

P7→P9,P8→P9

或表示为:

P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9}

={(P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7), (P5, P8), (P6, P8), (P7,P9), (P8, P9)}

前趋图中是不允许有循环的,否则必然会产生不可能实现的前趋关系。图(b)所示的前趋

关系中就存在着循环。它一方面要求在S3开始执行之前,S2必须完成,另一方面又要求在S2

开始执行之前,S3必须完成。显然,这种关系是不可能实现的。

S2→S3,S3→S2

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