操作系统：进程控制

一、什么是进程控制

进程控制主要功能是对系统中所有的进程实施有效的管理，可以创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换。

简而言之，进程控制就是要实现进程状态转换。

二、如何实现进程控制

利用原语实现进程控制（原语是一种特殊的程序，其执行过程具有原子性，即该程序执行必须一气呵成，不可中断）

为何进程控制（进程状态转换）的过程需要一气呵成，不可中断？

答：因为PCB中包含一个变量state，表示当前进程所属状态。假设state=1表示就绪态，state=2表示阻塞态。某一进程A处于阻塞态，其PCB就位于阻塞队列，当进程A等待的时间发生时，那么操作系统中负责进程控制的内核程序之阿红需要做两件事：

1.将进程A的PCB中state值改为1

2.将进程A的PCB从阻塞队列改放到就绪队列

如果该过程无法一气呵成地完成，中途被中断了：在完成步骤1后收到了中断信号，那么进程A的PCB中state的值改为了1，但是进程A的PCB却还在阻塞队列中。这样会导致操作系统中一些关键数据结构信息不一致，影响操作系统进行别的管理工作。

如何实现原语的“原子性”？

答：利用关中断指令和开中断指令（特权指令）

一般情况下，CPU每执行一条指令，就会例行检查是否有外部中断信号。如果有，则暂停执行当前程序，转而执行相应的中断处理程序。

关中断指令：执行该指令后，CPU不再例行检查是否有外部中断信号，直到执行开中断指令

开中断指令：执行开指令后，CPU将会再次例行检查是否有外部中断信号

三、进程控制相关原语

1.创建原语：用于进程创建，操作系统创建一个新进程时使用的原语。

创建原语执行过程：

1.申请空白PCB

2.为进程分配所需资源

3.初始化PCB

4.将PCB插入就绪队列

引起进程创建的事件：

1.用户登录：分时操作系统中，用户登录成功，操作系统会创建一个新的进程

2.作业调度：多道批处理系统中，有新的作业放入内存时，会为其创建一个新的进程

3.请求服务：用户向操作系统请求某些服务时，会创建一个进程处理该请求

4.应用请求：用户进程主动请求创建一个子进程

2.撤销原语：用于进程的终止，进程从其他状态转换为终止态，再被回收时所使用的原语

撤销原语执行过程：

1.从PCB集合中找到要终止进程的PCB

2.若该进程正在执行，立即剥夺CPU（使进程下CPU），将CPU分配给其他进程

3.终止其所有子进程

4.将该进程所拥有的所有资源还给父进程或操作系统

5.删除要终止进程的PCB

引起进程终止的事件：

1.正常结束：进程自己请求终止（请求exit系统调用）

2.异常结束：整数除以0、非法使用特权指令等操作，被操作系统强行杀掉

3.外界干扰：用户主动选择杀掉进程（通过任务管理器结束进程）

 

3.阻塞原语：用于进程的阻塞，进程从运行态转换为阻塞态时使用的原语

阻塞原语执行过程：

1.找到要阻塞的进程的PCB

2.保护进程运行现场（存储运行时寄存器中相关的数据），将PCB中state值改为阻塞态，停止该进程运行

3.将要阻塞进程的PCB插入相应事件的阻塞队列中

引起进程阻塞的事件：

1.进程需要等待某种系统资源的分配

2.进程需要等待与其相互合作的进程的响应

4.唤醒原语：用于进程的唤醒，进程从阻塞态转换为就绪态时使用的原语

唤醒原语执行过程：

1.在时间等待队列中找到要唤醒进程的PCB

2.将要唤醒进程的PCB从时间等待队列中移除，改变PCB中state的值，为就绪态

3.将要唤醒进程的PCB插入就绪队列中

引起进程唤醒的事件：

1.进程等待的事件发生了

5.切换原语：用于进程状态从就绪态到运行态的切换，或者运行态到就绪态的切换

切换原语执行过程：

1.将运行环境信息存入PCB

2.将要切换的PCB移入相应的队列

3.选择一个新的进程上CPU运行，蹦更新其PCB

4.根据PCB恢复昕进程所需的运行环境

 

引起进程切换的事件：

1.当前进程时间片到

2.有更高优先级的进程到达

3.当前进程主动阻塞

4.当前进程终止

四、进程控制总结

无论哪一个进程控制原语，要做的无非三类事情：

1.更新进程PCB中的信息

2.将进程PCB插入合适的队列

3.分配或回收进程资源