操作系统之进程管理(一)

一、程序

程序：程序是指令和数据的集合，可以作为目标文件保存在磁盘中，或者作为段存放在内存地址空间中；

1、程序的顺序执行(单道批处理系统)：先进入内存的程序先执行，在一个程序执行完毕之前，不能执行其他程序。

特点： 

1. 顺序性 ：先进入内存的程序先执行
2. 封闭性 ：程序一但开始执行，则系统中的资源只为他服务，不受外界因素影响，其计算结果就取决于程序本身
3. 可再现性：无论程序重复执行多次时，必将得到相同结果.

2、程序的并发执行(多道批处理系统)：

• 含义：程序并发执行是指在同一时间间隔内运行多个程序。一个程序执行结束前，可以运行其他程序
• 宏观并行：用户看到多个程序同时向前推进
• 微观串行：任意时刻一个CPU上只有一个程序在执行

并发执行的特点：

1. 间断性：程序在CPU上执行时，是时断时续的，操作系统中的进程轮流占用CPU的时间片
2. 失去封闭性：并发执行时，系统中的各资源将为所有程序共享，系统的状态不再只对正在执行的程序可见；
3. 不可再现性：同一个程序在输入相同的情况下多次运行，可能出现不同的结果

二、进程

进程：进程是程序运行的一个具体的实例，是程序在某个数据集合上的运行过程，是动态的。

进程包含的内容：

1. 正文段：存放被执行的机器指令
2. 用户数据段：存放用户数据
3. 进程控制块：存放进程的运行环境

进程的特征：

1. 并发性：多个进程实体能在一段时间间隔内同时运行，并发性是进程和现代操作系统的重要特征
2. 动态性：进程是程序的执行过程；执行程序—>创建进程，获得CPU—>执行指令，运行中止—>被撤销
3. 独立性：独立运行和资源调度的基本单位(在没有引入线程之前)；
4. 异步性：进程的执行时断时续，何时执行、何时暂停都无法预知
5. 结构特征：进程实体包括用户正文段 、 用户数据段 和 进程控制块

进程与程序的关系：

1. 进程是程序的的一次执行
2. 一个程序可以对应多个进程
3. 同一个程序可以在不同的数据集合上运行，构成不同的进程

三、进程控制块(PCB)

定义：进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的数据结构;进程控制块中记录了操作系统所需要的、用于描述进程及控制进程运行所需的全部信息

进程控制块的内容：

1、进程标识符信息：进程标识符用于唯一地标识一个进程

2、处理机状态信息：主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的，处理机被中断时，所有这些信息都必须保存在PCB中，以便在该进程重新执行时，能从断点继续执行。

• 通用寄存器：又称为用户可视寄存器，可被用户程序访问，用于暂存信息。
• 指令计数器：就是程序计数器PC
• 程序状态字PSW：又称状态寄存器，主要用于反映处理器的状态及某些计算结果以及控制指令的执行
• 用户栈指针：每个用户进程有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址。栈指针指向该栈的栈顶。

3、进程调度信息：包括进程状态信息(进程调度和对换时的依据)、进程优先级和进程调度所需的其他信息
4、进程控制信息：

• 程序和数据的地址；
• 进程同步和通信机制：指实现进程同步和进程通信时必需的机制，如消息队列指针、信号量等，它们可能全部或部分地放在PCB中；
• 资源清单：即一张列出了除CPU以外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单；
• 链接指针：它给出了本进程(PCB)所在队列中的下一个进程的PCB的首地址。

四、进程的状态

按进程在执行过程中的不同情况至少要定义三种状态：

1. 运行态：进程占有处理器正在运行的状态；进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态； 在多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。
2. 就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行的状态；当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列。正在运行的进程，如果失去CPU资源，也会进入就绪态
3. 阻塞态：指进程不具备运行条件，正在等待某一事件发生（例如请求I/O而等待I/O完成等）而暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故称该进程处于阻塞状态。