进程与线程

进程的概念和特征

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进程的概念

动态的，程序的一次执行过程，进程实体的运行过程

为了使参与并发执行的每个程序（含数据）都能独立地运行，必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块(Process Control Block, PCB)。

进程的特征

动态性

动态性是进程最基本的特征。

并发性

并发性是进程的重要特征，也是操作系统的重要特征。

独立性

进程是能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位。

异步性

结构性

进程的状态与转换

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进程的状态

创建态

又称新建态。

就绪态

运行态

阻塞态

又称等待态。

终止态

又称结束态。

进程状态的转换

$ 创建态 \to 就绪态 $

$ 就绪态 \to 运行态 $

$ 运行态 \to 就绪态 $

• 处于运行态的进程在时间片用完后，不得不让出处理机。
• 在可剥夺的操作系统中，当有更高优先级的进程就绪时，调度程序将正在执行的进程转换为就绪态，让更高优先级的进程执行。

$ 运行态 \to 阻塞态 $

• 等待系统资源分配。
• 等待某事件发生。

一个进程从运行态变成阻塞态是主动行为。

$ 阻塞态 \to 就绪态 $

• 系统资源分配。
• 某事件发生。

从阻塞态变成就绪态是被动行为，需要其他相关进程的协助。

$ 运行态 \to 结束态 $

五种进程状态的转换

进程的挂起态与七状态模型

进程的组成

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进程控制块

进程描述信息

• 进程标识符(Process ID, PID)
• 用户标识符(User ID, UID)

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

运行中产生的各种数据

进程控制

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基本概念

原语实现。

用“关中断指令”和“开中断指令”特权指令实现原子性。

进程的创建

创建原语

1. 为新进程分配一个唯一的进程标识号，并申请一个空白PCB（PCB是有限的）。若PCB申请失败，则创建失败。
2. 为进程分配其运行所需的资源。这些资源或从操作系统获得，或仅从其父进程获得。如果资源不足（如内存），则并不是创建失败，而是处于创建态，等待内存资源。
3. 初始化PCB，主要包括初始化标志信息、初始化处理机状态信息和初始化处理机控制信息，以及设置进程的优先级等。
4. 若进程就绪队列能够接纳新进程，则将新进程插入就绪队列，等待被调度运行。

引起进程创建的事件

• 用户登录
• 作业调度
• 提供服务
• 应用请求

进程的终止

终止原语

1. 根据被终止进程的标识符，检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。
2. 若被终止进程处于运行状态，立即终止该进程的执行，将处理机资源分配给其他进程。
3. 若该进程还有子孙进程，则应将其所有子孙进程终止。
4. 将该进程所拥有的全部资源，或归还给其父进程，或归还给操作系统。
5. 将该PCB从所在队列（链表）中删除。

引起进程终止的事件

• 正常结束，表示进程的任务己完成并准备退出运行。
• 异常结束，表示进程在运行时，发生了某种异常事件，使程序无法继续运行，如存储区越界、保护错、 非法指令、特权指令错、运行超时、算术运算错、I/O故障等。
• 外界干预，指进程应外界的请求而终止运行，如操作员或操作系统干预、父进程请求和父进程终止。

进程的阻塞和唤醒

阻塞原语

1. 找到将要被阻塞进程的标识号对应的PCB。

2. 若该进程为运行态，则保护其现场，将其状态转为阻塞态，停止运行。

3. 把该PCB插入相应事件的等待队列，将处理机资源调度给其他就绪进程。

引起进程阻塞的事件

• 需要等待系统分配某种资源。
• 需要等待相互合作的其他进程完成工作。

唤醒原语

1. 在该事件的等待队列中找到相应进程的PCB。
2. 将其从等待队列中移出，并置其状态为就绪态。
3. 把该PCB插入就绪队列，等待调度程序调度。

引起进程唤醒的事件

• 因何事阻塞，就应由何事唤醒。

进程的切换

切换原语

1. 将运行环境信息存入PCB。
2. PCB移入相应队列。
3. 选择另一个进程执行，并更新其PCB。
4. 根据PCB恢复新进程所需的运行环境。

引起进程切换的事件

• 当前进程时间片到。
• 有更高优先级的进程到达。
• 当前进程主动堵塞。
• 当前进程终止。

进程的通信

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