【操作系统】进程的基本概念&进程的状态与转换&进程的组织方式

简介: 【操作系统】进程的基本概念&进程的状态与转换&进程的组织方式

一、进程

1.1概念

  • 程序:是静态的,就是个存放在磁盘里的可执行文件,就是一系列的指令集合
  • 进程:是动态的,是程序的一次执行过程(同一个程序多次执行会对应多个进程)


1.2组成

  • 当进程被创建时,操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的“身份证号” – – PID(Process ID,进程ID)


  • 基本的进程描述信息,可以让操作系统区分各个进程:操作系统要记录PID、进程所属用户ID(UID)
  • 可用于实现操作系统对资源的管理:记录给进程分配了哪些资源(如:分配了多少内存、正在使用哪些I/O设备、正在使用哪些文件)
  • 用于实现操作系统对进程的控制、调度:记录进程的运行情况(如:CPU使用时间、磁盘使用情况、网络流量使用情况等)
  • 这些信息都被保存在一个数据结构PCB(Process Control Block)中,即进程控制块
  • 操作系统需要对各个并发运行的进程进行管理,但凡管理时所需要的信息,都会被放在PCB中
  • 处理机相关信息:如PSW、PC等各种寄存器的值(用于实现进程切换 )
  • 进程的组成:
  • PCB:
  • 进程描述信息
  • 进程控制和管理信息
  • 资源分配清单
  • 处理机相关信息
  • 程序段:
  • 程序的代码(指令序列)
  • 数据段
  • 运行过程中产生的各种数据(如:程序中定义的变量)
  • PCB是给操作系统用的
  • 程序段、数据段是给进程自己用的
  • 一个进程实体(进程映像)由PCB、程序段、数据段组成
  • 进程是动态的,进程实体(进程映像)是静态的
  • 进程实体反映了进程在某一时刻的状态(如:x++后,x=2)
  • 进程定义:
  • 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(一个进程被“调度”,就是指操作系统决定让这个进程上CPU运行)
  • 注意:PCB是进程存在的唯一标志

1.3特征

  • 动态性:进程是程序的一次执行过程,是动态的产生、变化和消亡的(最基本的特征)
  • 并发性:内存中有多个进程实体,各进程可并发执行
  • 独立性:进程是能独立运行、独立获得资源、独立接收调度的基本单位
  • 异步性:各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进,操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题
  • 结构性:每个进程都会配置一个PCB,结构上看,进程由程序段、数据段、PCB组成

二、进程的状态与转换



  • 进程正在被创建时,他的状态是“创建态”,在这个阶段操作系统会为进程分配资源、初始化PCB
  • 当进程创建完成后,便进入“就绪态”,处于就绪态的进程已经具备运行条件,但由于没有空闲CPU,就暂时不能运行
  • 如果一个进程此时在CPU上运行,那么这个进程处于“运行态”,CPU会执行该进程对应的程序(执行指令序列)
  • 在进程运行的过程中,可能会请求等待某个事件的发生(如等待某种系统资源的分配,或者等待其他进程的响应)
  • 在这个时间发生之前,进程无法继续往下进行,此时操作系统会让这个进程下CPU,并让他进入“阻塞态”
  • 当CPU空闲时,又会选择另一个“就绪态”进程上CPU运行
  • 一个进程可以执行exit系统调用,请求操作系统终止该进程
  • 此时该进程会进入“终止态”,操作系统会让该进程下CPU,并回收内存空间等资源,最后还要回收该进程的PCB,当终止进程的工作完成后,这个进程就彻底消失了。


  • 运行态–>阻塞态是一种进程自身做出的主动行为
  • 阻塞态–>就绪态不是进程自身能控制的,是一种被动行为。
  • 注意:不能由阻塞态直接转换为运行态,也不能由就绪态直接转换为阻塞态(因为进入阻塞态是进程主动请求的,必然需要进程在运行时才能发出这种请求)


  • 运行态–>就绪态

  • 进程PCB中会有一个变量state来表示进程的当前状态
  • 为了对同一个状态下的各个进程进行统一的管理,操作系统会将各个进程的PCB组织起来

三、进程的组织

3.1链式方式

  • 执行指针:指向当前处于运行态(执行态)的进程,单CPU中,同一时刻只会有一个进程处于运行态
  • 就绪队列指针:指向当前处于就绪态的进程,通常会把优先级高的进程放在队头
  • 阻塞队列指针:指向当前处于阻塞态的进程,很多操作系统还会根据阻塞原因不同,再分为多个阻塞队列

3.2索引方式

  • 根据进程状态的不同,建立几张索引表
  • 操作系统持有指向各个索引表的指针


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