CPU虚拟化重点知识(1)-操作系统导论第四章

# CPU虚拟化重点知识

## 一、抽象：进程

进程的非正式定义：进程就是运行中的程序。程序本身是没有生命周期的，它知识存在在磁盘上面的一些指令。是操作系统让这些字节运行起来，让程序发挥作用。

> 关键问题：如何提供有许多CPU的假象？

> 虽然只有少量的物理CPU可用，但是操作系统如何提供几乎有无数个CPU可用的假象？

操作系统通过虚拟化CPU（virtualizing）提供这种假象。通过让一个进程只运行一个时间片，然后切换到其他进程，操作系统提供了存在多个虚拟CPU的假象。这就是时分共享CPU技术，允许用户如愿运行多个并发进程。

要实现CPU虚拟化，操作系统需要一些机制和策略。

## 二、抽象：进程概念

进程的机器状态：程序在运行时可以读取或更新内容。

- 进程的机器状态有一个明显组成部分，内存。进程可以访问的内存是该进程的一部分。

- 进程的机器状态另一部分是寄存器。许多指令明确的读取或更新寄存器。

- 进程经常访问持久存储设备。此类I/O信息可能包含当前打开的文件列表。

## 三、进程API

- 创建(create)：操作系统必须包含一些创建新进程的方法。

- 销毁(destroy)：操作系统提供一个强制销毁进程的接口。

- 等待(wait)：等待其他进程运行结束

- 其他控制(miscellaneous control)

- 状态(statu)：查看进程当前状态。

## 四、进程创建：更多细节

操作系统运行程序的步骤：

1. 将代码和所有静态数据(初始化变量)加载(load)到内存中。

> 在早期操作系统中，加载过程尽早完成，即在运行程序之前全部完成。现代操作系统采用懒加载执行，即仅在程序执行期间需要加载的代码或数据片段才会加载。

2. 为程序的运行时栈（run-timestack）分配一些内存。C程序使用栈存放局部变量、函数参数或返回地址。

3. 操作系统为程序的堆分配一些内存。C程序使用堆来显示请求动态分配数据。

4. 其他初始化任务如I/O任务。

## 五、进程状态

- 运行(running)：在运行状态下，进程正在处理器上运行。

- 就绪(ready)：在就绪状态下，进程以准备好运行，但由于某种原因，操作系统选择不在此时运行。

- 阻塞(blocked)：在阻塞状态下，一个进程执行了某种操作，指导发生其他事件时才会准备运行。


## 六、数据结构

- 操作系统为就绪的进程保留某种进程列表（process list），跟踪当前重在运行的进程的一些附加信息。

- 跟踪当前正在运行的进程的一些附加信息。

- 跟踪被阻塞的进程。

- 确保唤醒正确的进程。

操作系统的状态

`UNUSED,EMBRYO,SLEEPING,RUNNABLE,RUNNING,ZOMBIE`

> ZOMBIE：僵尸状态，允许其他进程检查该进程的返回代码，查看该进程是否成功执行。