【操作系统】进程管理(二)

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2019-3-19

一、前言

  之前已经介绍了操作系统的各个模块,现在来具体深入学习操作系统中的进程管理。

二、进程的基本概念

  在未配置OS的系统中,程序的执行方式是顺序执行,即必须在一个程序执行完成后,才允许另外一个程序执行;在多道程序环境下,则允许多个程序并发执行。也正是程序的并发执行,才导致引入进程。

  2.1 程序的顺序执行

  通常可以把一个应用程序分成若干个程序段,在各程序段之间,必须按照某种先后次序顺序执行,仅当前一操作(程序段)执行完后,才能执行后继操作。如典型的输入->计算->打印任务就是顺序执行。

  程序顺序执行时的特征如下

  ① 顺序性,处理机的操作严格按照程序锁规定的顺序执行,即每一操作必须在上一个操作结束之后开始。

  ② 封闭性,程序是在封闭的环境下执行的,即程序运行时独占全机资源,资源的状态(除初始状态外)只有本程序才能改变它,程序一旦开始执行,其执行结果不受外界因素影响。

  ③ 可再现性,只要程序执行时的环境和初始条件相同,当程序重复执行时,无论它是从头到尾不停顿地执行,还是走走停停地执行,都将获得相同的结果。

  在程序顺序执行时的特征,为程序员检测和校正程序的错误带来了很大的方便。

  2.2 程序的并发执行

  多个程序可以并发执行,并发执行可以提高CPU的效率和系统吞吐率。其特征如下

  ① 间断性,程序在并发执行时,由于它们共享系统资源,以及为完成同一项任务而相互合作,致使在这些并发执行的程序之间,形成了相互制约的关系。如计算操作必须在输入操作之后。

  ② 失去封闭性,程序在并发执行时,是多个程序共享系统中的各种资源,因而这些资源的状态将由多个程序来改变,只是程序的运行失去了封闭性,这样,某程序在运行时,必然会收到其他程序的影响。如当某个程序占用了处理机资源后,另外一个程序必须等待。

  ③ 不可再现性,程序在并发执行时,由于失去了封闭性,也将导致其再失去可再现性。可能由于不同的操作顺序产生不同的结果。

  2.3 进程的特征

  由于程序并发执行时,它们失去了封闭性,间断性和不可再现性,这决定了一般的程序是不能参与并发执行的,因为程序执行的结果是不可再现的。这样,程序的运行也就失去了意义,为了能够是程序能够正确的并发,引入了进程的概念。进程具有如下的特征。

  ① 结构特性,为使程序能够独立运行,应为之配置一进程控制块,即PCB(Process Control Block)。而程序段、相关的数据段和PCB三部分构成进程实体。所谓创建进程,实质上是创建进程实体中的PCB,撤销进程也是撤销进程中的PCB。

  ② 动态性,进行的实质是进程实体的一次执行过程,因此,动态性是进程最基本的特性,进程实体是有一个的生命周期,而程序则只是一组有序指令的集合,并存放在某种介质上(如硬盘),其本身不具有运动的含义,因而是静态的。

  ③ 并发性,多个进程实体同存于内存中,并且能够在一段时间内同时运行。并发性是进程的重要特征, 同时也成为OS的重要特征。

  ④ 独立性,进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。凡未建立PCB的程序都不能作为一个独立的单位参与运行。

  ⑤ 异步性,进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进,或者说进程实体按照异步方式运行。

  进程是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度(在线程未出现之前)的一个独立单位。

  2.4 进程的状态

  进程执行时的间断性决定了进程可能具有多种状态,最基本的三种状态如下

  ① 就绪状态,当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后,只要再获得CPU,就可以立即运行,进程这时的状态称为就绪状态。在一个系统中可能多个进程处于就绪状态,通常将它们排成一个队列,称为就绪队列。

  ② 执行状态,进程已获得CPU,其程序正在执行。在单处理机系统中,只有一个进程处于执行状态,在多处理机系统中,则有多个进程处于执行状态。

  ③ 阻塞状态,处于执行状态的线程由于发生某事件而暂停无法继续执行时,便放弃处理机而处于暂停状态,此时进程的状态称为阻塞状态,或等待状态或封锁状态。如IO请求,申请缓存空间等,处于阻塞状态的进程也会排成一个队列,可能还会根据不同的阻塞原因排成多个队