【操作系统学习笔记04】

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进程 #

进程概念#

程序：静态的可执行文件，指令集合
进程：动态，进程实体的运行过程，系统进行资源分配和调度的单位

进程实体

• PCB：Process Control Block，进程控制块，一种数据结构，是进程存在的唯一标志
• 程序段：指令序列
• 数据段：运行过程中产生的数据

PCB

• 进程描述信息（PID、UID）
• 进程控制和管理信息（CPU、磁盘、网络使用，进程状态：运行/阻塞...）
• 资源分配清单（正在使用的文件、内存、I/O设备）
• 处理机相关信息（寄存器值等）

进程特征#

• 动态性：略
• 并发性：略
• 独立性：能独立运行，能接受调度，获得资源的基本单位
• 异步性：略
• 结构性：指每个进程实体都有PCB、数据段、程序段

进程状态#

• 创建态：进程资源分配，PCB初始化
• 就绪态：创建完成，具备运行条件，等待CPU
• 运行态：略
• 阻塞态：进程等待某个事件发生
• 终止态：进程执行exit系统调用，OS之后会控制进程下CPU，回收PCB

PCB中有变量state记录进程状态

进程的组织#

通过一系列指针进行：执行指针、就绪队列指针、XX资源相关阻塞队列指针等

• 链接方式：指针指向按优先级排序的PCB链表第一个元素
• 索引方式：指针指向索引表，由索引表管理PCB

进程控制#

即对状态转换的实现

如何实现：使用原语（有原子性的程序）
原语使用 关中断指令、开中断指令 两个特权指令实现若干特权指令的原子性
关中断指令会让CPU不再检查是否有外部中断信号。开中断略。

进程控制相关原语

• 创建原语
  • 申请空白PCB
  • 新进程分配资源
  • 初始化PCB
  • PCB插入就绪队列
• 撤销原语
  • 找到PCB
  • 剥夺CPU，分配CPU给其它资源
  • 终止所有子进程
  • 释放进程拥有的资源
  • 删除PCB
• 阻塞原语
  • 找到PCB
  • 保护进程运行环境，PCB状态改为阻塞态
  • PCB插入等待队列
• 唤醒原语
  • 找到PCB
  • PCB从等待队列移出，设置为就绪态
  • PCB插入就绪队列
• 切换原语
  • 运行环境存入PCB
  • PCB移到对应队列（就绪或运行）
  • 选择另一个进程执行，更新其PCB
  • 根据PCB中的运行环境信息，恢复运行环境

PCB中保存的运行环境信息包括各类寄存器内容

认识两个寄存器：
PC：存下一条指令的地址
IR：存当前正在运行的指令

进程间通信 #

• 共享存储：进程可以通过系统调用申请共享存储区与其它进程共用，需要使用操作系统内核的同步互斥工具，保证对该区域互斥操作

  • 基于存储区
    • 高级通信方式
    • 速度快、限制少
  • 基于数据结构
    • 低级通信方式
    • 速度慢、限制多

• 消息传递：通过操作系统的发送消息/接收消息 两个原语交换格式化的消息

  • 直接通信：收发都指定目标进程（PCB里有进程的消息队列）
  • 间接通信：收发制定目标信箱

• 管道通信：通过系统调用申请一个管道文件（pipe，大小固定的内存缓冲区，特殊的共享文件，先进先出）

  • 管道通信是半双工通信，某一时段只能单向传输。全双工要设置两个管道。
  • 操作系统需要让进程互斥访问管道
  • 管道写满时，写进程会阻塞
  • 管道为空时，读进程会阻塞
  • 管道数据读出后彻底消失