操作系统之进程
概念
进程是程序的一次执行过程，是动态的。程序则是存放在磁盘上的可执行文件，属于静态。进程是程序的实体运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位。
组成
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进程控制块（PCB）：
- PID：进程标识符，用于唯一标识一个进程。
- UID：用户标识符，标识创建该进程的用户。
- 进程控制和管理信息：用于进程的管理信息。
- 资源分配清单：记录当前进程所分配的资源。
- 处理机相关信息：当前进程的CPU寄存器状态等信息。
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程序段：
包含程序代码。 -
数据段：
进程运行过程中产生的数据。
特征
- 动态性：进程在创建、运行和终止的过程中状态不断变化。
- 并发性：多个进程可以并发执行。
- 独立性：进程之间独立运行，互不干扰。
- 异步性：进程的执行顺序不固定，可以通过调度机制进行控制。
- 结构性：进程具有特定的结构，包含代码段、数据段等。
状态
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三种基本状态：
- 运行状态：进程占有CPU并执行。
- 就绪状态：进程等待CPU分配。
- 阻塞状态：进程等待某些资源（如I/O操作）。
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创建状态：进程被创建，操作系统分配资源并初始化PCB。
-
终止状态：进程执行结束，撤销PCB并回收资源。
状态转换
状态转换由PCB中的
state字段表示。
状态转换详细描述
- 创建 -> 就绪：进程被创建并准备好执行，但还未获得CPU时间。
- 就绪 -> 运行：进程被调度到CPU上执行。
- 运行 -> 阻塞：进程因等待某些资源（如I/O）进入阻塞状态。
- 阻塞 -> 就绪：阻塞条件解除，进程重新回到就绪状态。
- 运行 -> 就绪：进程被中断，返回到就绪状态等待下一次调度。
- 就绪 -> 终止：进程正常结束或因异常退出，进入终止状态。
组织方式
- 链接方式：通过指针形成队列。
- 索引方式：使用索引表。
这两种方式都由操作系统进行管理。
进程控制
进程控制的主要功能是有效管理系统中的所有进程，提供创建、撤销、状态转换等功能。通过原语实现这些操作，包括：
- 创建原语
- 撤销原语
- 阻塞原语
- 唤醒原语
- 切换原语
阻塞和唤醒原语是成对出现的，原语通过“关中断指令”和“开中断指令”实现原子性。
过程
- 更新PCB中的信息。
- 将PCB插入合适的队列。
- 分配或回收资源。
进程通信（IPC）
- 定义：进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）是指两个进程之间的数据交互。
- 原因：由于进程是资源分配的单位（包括内存地址空间），各个进程之间的内存空间若不独立访问，容易出现安全问题，因此进程间不能直接访问彼此的地址空间。
方式
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共享存储：
- 基于数据结构的共享：低级通信方式。
- 基于存储区的共享：高级通信方式。
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信息传递：
- 直接通信方式：进程之间直接进行数据传输。
- 间接通信方式：通过中介（如消息队列）来传输数据。
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管道通信：
- 半双工通信：在某一时间段内只能单向传输数据。
- 实现双向通信需要设置两个管道。
- 管道写满时，写进程会阻塞；管道读空时，读进程会阻塞。
进程的调度策略
- 先来先服务（FCFS）：按照进程请求的顺序进行调度，简单但可能导致长进程阻塞短进程（即“吃豆腐”现象）。
- 短作业优先（SJF）：优先调度估计运行时间较短的进程，能提高系统吞吐量，但可能导致长进程饥饿。
- 轮转调度（Round Robin）：为每个进程分配固定的时间片，轮流执行，适合时间共享系统。
- 优先级调度：根据进程的优先级来进行调度，高优先级进程优先执行，可能导致低优先级进程饥饿。