2.1 进程

all modern计算机常同时做多事

• 个人计算机上工作的人不注意此事实
• 举个例子
• 网络服务器
  • 一些网页请求从各处进入
  • 当一个请求进入时,
  • 服务器检查 其要的网页 在缓存吗？
  • 若是,把网页发回去
  • 若不,则启动一个磁盘请求获取网页
    • 从CPU的角度看,磁盘请求要漫长时间
  • 当等待磁盘请求完成时,其他更多的请求将会进入
  • 若有多磁盘存在,可在满足第一个请求之前
    • 就对其他的磁盘发请求
• 要一些方法去模拟并控制这种并发
• 进程(特别线程)在这里就发挥作用

现考虑只有一用户的PC

• 一般人不知道,启动系统时,会秘密启动许多进程
• 如,
  • 进程用来等待进入的电子邮件:
• 或
  • 防病毒进程周期性检査有病毒库更新吗？
• 某个用户进程可能会在所有用户上网的时候
  • 打印文件以及刻录CD-ROM。
• 这些活动都要管理
• so一个支持多进程的多道程序系统就显得有用

多道程序设计系统中,CPU由一个进程快速切换至另一个进程,使每个进程各运行几十毫秒

• 在某一瞬间

  • CPU只运行一进程
  • 但1秒内能运行多个
  • 就产生并行的错觉

• 所说的伪并行就是指这种情形

  • 以此来区分
  • 多处理器系统
  • 该系统有多个CPU共享一个物理内存
  • 的真正硬件并行

• 很难对多个并行活动跟踪,

  • 因此,经过多年的努力,
  • OS的设计者开发了用于描述并行的一种概念模型(顺序进程),
  • 使并行更易处理。

• 该模型的使用及它的影响是

  • 本章主题

2.1.1 进程模型

在进程模型中

• 计算机上所有可运行的软件
  • 包括OS
  • 被组织成若干顺序进程sequential process
  • 简称进程(process)
• 进程
  • 是一个正在执行程序的实例,包括PC和变量的当前值
• 概念上,
  • 每个进程有自己的虚拟CPU。
  • 实际真正的CPU在各进程间切换
• 但为理解这种系统
  • 考虑在(伪)并行情况下运行的进程集,
  • 要比试图眼踪CPU如何在程序间来回切换简单得多。
• 如在1章所看到的,
  • 这种快速切换叫多道程序设计。

2-1a中,一台多道程序计算机的内存中有4程序

• 2-1b中,4程序被抽象为
  • 各自有自己控制流程
  • (即每个程序自己的逻辑PC)的进程,
  • 且都独立运行
• 实际上只有一个物理PC,
  • 所以在每个程序运行时,
  • 它的逻辑PC被装入实际的PC。
• 当该程序结東(或暂停)时,
  • 物理PC被保存在内存中该进程的逻辑PC。
• 图2-1c中可看到
  • 足够长时间后
  • 所有进程都运行了
  • 但瞬间仅有一个真正运行

本章假设只有一CPU

• 但逐渐假设就不真
• 新芯片是多核
• 8章介绍多核芯片及多处理器,但现在只考虑一个CPU会更简单
• 当我们说一个CPU只能
  • 真正一次运行一个进程时
  • 即使有俩核(或CPU),每个核也只能一次运行一个

CPU在进程间快速切,so进程执行其运算的速度是不确定的

• 且当同一进程再次运行,运算速度不可再现
  • so在对进程编程时不能对时序做任何想当然的假设
• 如
  • 考虑一个I/O进程
    • 用流式磁带机恢复备份的文件
    • 10000次空循环等磁带机达到正常速度
    • 然后发命令读第一个记录
  • 若CPU在循环时切到其他进程
    • 则 磁带机进程 在第一条记录通过磁头之后还未 被再次运行
  • 当一个进程有此类严格的实时要求时
    • 也就是一些特定事件一定要在所指定的若干毫秒内发生
    • 则必须采取措施保证它们一定在这段时间发生
  • 然而,通常大多数进程并
    • 不受CPU多道程序设计或
    • 其他进程相对速度的影响

进程和程序间的区别重要

• 科学家为女儿烘蛋糕
  • 有食谱
  • 原料:面粉、鸡蛋、糖、香草汁
  • 食谱是程序(用适当形式描述的算法)
  • 科学家是处理器(CPU)
  • 各种原料就是输入数据
• 进程就是厨师阅读食谱、取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和

儿子说头被蜜蜂蛰了

• 科学家就记录照着食谱做到哪了(保存进程当前状态)
  • 拿出急救手册
  • 按指示处理蛰伤
• 处理机从一个进程(做蛋糕)切换到
  • 另一高优先级的进程(实施医疗救治)
  • 每个进程有各自的程序(食谱和急救手册)
• 处理完后,科学家又回来做蛋糕,从离开时的那步继续

一个进程是某种类型的一个活动,有程序、输入、输出及状态

• 单个处理器可被若干进程共享
  • 它用调度算法决定何时停止一个进程
  • 井转而为另一进程服务

若一个程序运行两遍,则算两个进程

• 人们经常两次启动同一软件
  • 像“两个进程恰好运行同一个程序”的事实无关紧要
  • 它们是不同进程
• OS能使它们共享代码
  • 因此只有一个副本放在内存中
  • 但那只是个技术性细节
  • 不改变有两个进程正在运行的概念

2.1.2 进程的创建

• OS需有方式来创进程
• 只为运行一个程序的系统(微波炉中的控制器),
  • 可能在系统启动时
  • 以后所需的所有进程都已存在
  • 但通用系统中,需有方法在运行时按需创建或撤销jc
  • 4种事件会导致进程的创建
    • 系统初始化
    • 程序执行了创建进程的系统调用
    • 用户请求创
    • 批处理作业的初始化