操作系统之进程

进程的概念（3方面）：

• CPU执行任务的单位
• 获得计算机资源（内存、文件、IO等）的单位
• 正在执行中的程序

进程在计算机中的组成（4部分，共同构成进程映像（process image））：

• code ：将被执行的程序（在内存中或者虚拟内存中）
• data ：将被程序调用的数据（可能在栈中也可能在寄存器或者内存或虚拟内存中）
• 系统栈：每个进程有一个或多个这样的栈，用于参数调用或中断后的系统调用（在内存中）
• PCB（进程控制块）：操作系统控制进程需要的数据（在内存中，详见下图）

标志符	进程ID 父进程ID 用户ID
用户可见寄存器
系统控制寄存器（程序状态字PSW）	对齐位 标志符位 回复标志 IO特权级 方向标志 中断允许标志 陷阱标志 嵌套任务标志 虚拟8086模式 虚拟中断挂起 虚拟中断标志 辅助进位标志 进位标志 溢出标志 奇偶校验标志 符号标志 零标志
栈指针
调度信息	优先级 进程状态（见下7种状态） 调度算法需要用到的数据 等待的事件
队列指针	进程在不同的状态时处于不同的队列中
进程间通信的数据结构
进程特权	有的系统分用户态和系统态两种，有的系统则分：普通、管理、特权、系统等4个等级
存储管理	在内存及虚拟内存中的位置
资源所有权和使用情况	正在使用及使用过的资源的情况

 

进程的状态（7种）：

• 新建：已经创建PCB，但是还没载入内存
• 就绪：已经载入内存，等待被执行
• 运行：执行中
• 阻塞：因为请求IO事件等被阻塞
• 挂起阻塞：从内存转移到磁盘中等待引发阻塞的事件发生
• 挂起就绪：阻塞事件已经发生，但是还没重新载入内存
• 退出：已经完成或意外终止，不将再被执行，但是进程控制块还没清空，等待其他 程序收集其中的数据

进程切换：

• 进程的切换的原因：

时钟中断	进程执行超过最大时间片
IO中断	每个指令执行后，下一个指令执行前，操作系统会先检查有没有IO活动等待事件，如果有比当前进程优先级高的IO事件，操作系统会中断当前执行的进程
内存失效	进程要访问的虚拟内存地址不在物理内存中时
陷阱	错误或者异常发生时
系统调用	调用操作系统的函数

 

• 进程切换的过程：

1. 调用中断处理程序，进入内核态
2. 当前进程的上下文保存在进程控制块中（中断产生时，处理器的状态信息的保存和恢复由硬件完成）
3. 将进程控制块移到相应的进程状态队列
4. 选择另一个进程执行，并更新其PCB的状态
5. 更新内存结构
6. 恢复换入进程的上次执行的上下文