进程异常行为

进程是操作系统中最基本、重要的概念，是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念，所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。狭义上讲，进程是正在运行的程序的实例；广义上讲，进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统进行资源分配和调度、动态执行的基本单元，是操作系统结构的基础，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。其概念主要有两点：（1）进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间，一般情况下，包括文本区域、数据区域和堆栈。文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。（2）进程是一个“执行中的程序”。只有在操作系统、处理器执行程序时，它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。从理论角度看，进程是对正在运行的程序过程的抽象；从实现角度看，它是一种数据结构，目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。 一、进程具有以下特点： （1）动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生、动态消亡的。 （2）并发性：任何进程都可以与其他进程一起并发执行。 （3）独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位。 （4）异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。 （5）结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。 二、进程、线程和程序的联系： 通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源，在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位，由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。此外多个不同的进程可以包含相同的程序：一个程序在不同的数据集里就构成不同的进程，能得到不同的结果；但是执行过程中，程序不能发生改变。同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程，也就是说同一程序可以对应多个进程。 三、进程和程序的区别： （1）程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念，而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。 （2）程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。 （3）程序是永久的，进程是暂时的。 （4）进程更能真实地描述并发，而程序不能。 （5）进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成。 （6）进程具有创建其他进程的功能而程序没有。 （7）在传统的操作系统中，程序并不能独立运行，作为资源分配和独立运行的基本单元都是进程。 四、进程具有的三种基本状态 由于进程在执行过程中具有动态性和异步性，因此也就决定了进程可能具有多种状态。 （1）就绪状态（Ready）：进程已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如，当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时，排入低优先级队列；当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时，排入高优先级队列。 （2）运行状态(Running)：进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态)，通常会自动执行系统的空闲进程。 （3）阻塞状态(Blocked)：由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程，也无法运行。 五、创建进程的事件 在多道程序环境中，只有作为进程时才能在系统中运行。因此，为了让程序能运行，就必须为它创建进程。一个进程去创建另一个进程的典型事件，可以有以下四类： （1） 用户登录：在分时系统中，用户在终端键入登录命令后，如果是合法用户，系统将为该终端建立一个进程，并把它插入到就绪队列中。 （2）作业调度：在批处理系统中，当作业调度程序按照一定的算法调度到某作业时，便将该作业装入到内存，为它分配必要的资源，并立即为它创建进程，再插入到就绪队列中。 （3） 提供服务：当运行中的用户程序提出某种请求后，系统将专门创建一个进程来提供用户所需要的服务，例如，用户程序要求进行文件打印，操作系统将为它创建一个打印进程，这样，不仅可以使打印进程与该用户进程并发执行，而且还便于计算出为完成打印任务所花费的时间。 （4） 应用请求：在上述三种情况中，都是由系统内核为它创建一个新进程，而这一类事件则是基于应用进程的需求，由它创建一个新的进程，以便使新进程以并发的运行方式完成特定任务。 六、进程的创建过程 一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后，便调用进程创建原语create()按下述步骤创建一个新进程。 （1） 申请空白PCB。为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。 （2） 为新进程分配资源。为新进程的程序和数据以及用户栈分配必要的内存空间。显然，此时操作系统必须知道新进程所需要的内存大小。 （3） 初始化进程控制块。PCB的初始化主要包括：初始化标识信息，将系统分配的标识符和父进程标识符，填入新的PCB中；初始化处理机状态信息，使程序计数器指向程序的入口地址，使栈指针指向栈顶；初始化处理机控制信息，将进程的状态设置为就绪状态或静止就绪状态，对于优先级，通常是将它设置为最低优先级，除非用户以显式的方式提出高优先级要求。 （4） 将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入到就绪队列中。 七、引起进程终止的事件 （1）正常结束：在任何计算机系统中，都应该有一个表示进程已经运行完成的指示。例如，在批处理系统中，通常在程序的最后安排一条Hold指令或终止的系统调用。当程序运行到Hold指令时，将产生一个中断，去通知OS本进程已经完成。 （2）异常结束：在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而迫使进程终止。这类异常事件很多，常见的有：越界错误，保护错，非法指令，特权指令错，运行超时，等待超时，算术运算错，I/O故障。 （3）外界干预：外界干预并非指在本进程运行中出现了异常事件，而是指进程应外界的请求而终止运行。这些干预有：操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止。 八、进程的终止过程 如果系统发生了上述要求终止进程的某事件后，OS便调用进程终止原语，按如下过程去终止指定的进程。 （1）根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程状态。 （2）若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真。用于指示该进程被终止后应重新进行调度。 （3）若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止，以防他们成为不可控的进程。 （4）将被终止的进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统。 （5）将被终止进程（它的PCB）从所在队列（或链表）中移出，等待其它程序来搜集信息。 九、阻塞唤醒 1、引起进程阻塞和唤醒的事件 （1）请求系统服务：当正在执行的进程请求操作系统提供服务时，由于某种原因，操作系统并不立即满足该进程的要求时，该进程只能转变为阻塞状态来等待，一旦要求得到满足后，进程被唤醒。 （2）启动某种操作：当进程启动某种操作后，如果该进程必须在该操作完成之后才能继续执行，则必须先使该进程阻塞，以等待该操作完成，该操作完成后，将该进程唤醒。 （3）新数据尚未到达：对于相互合作的进程，如果其中一个进程需要先获得另一（合作）进程提供的数据才能运行以对数据进行处理，则是要其所需数据尚未到达，该进程只有（等待）阻塞，等到数据到达后，该进程被唤醒。 （4）无新工作可做：系统往往设置一些具有某特定功能的系统进程，每当这种进程完成任务后，便把自己阻塞起来以等待新任务到来，新任务到达后，该进程被唤醒。 2.进程阻塞过程 正在执行的进程，当发现上述某事件后，由于无法继续执行，于是进程便通过调用阻塞原语block()把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后，由于此时该进程还处于执行状态，所以应先立即停止执行，把进程控制块中的现行状态由执行改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞（等待）队列。最后，转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换，亦即，保留被阻塞进程的处理机状态（在PCB中），再按新进程的PCB中的处理机状态设置CPU环境。 3. 进程唤醒过程 当被阻塞的进程所期待的事件出现时，如I/O完成或者其所期待的数据已经到达，则由有关进程（比如，用完并释放了该I/O设备的进程）调用唤醒原语wakeup()，将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。

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