第二章 进程的描述与控制

一、程序执行

顺序执行的特征

• 顺序性
• 封闭性：程序运行时独占全机资源
• 可再现性

并发执行

• 间断性
• 失去封闭性
• 不可再现性

二、进程的描述

进程的定义

• 由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成进程实体（又称进程映像）
• 创建进程，实际上是创建进程实体中的PCB；而撤销进程，实质上是撤销进程的PCB
• 典型定义：
  1. 进程是程序的一次执行
  2. 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
  3. 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
• 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

进程的特征

• 动态性：进程实体有一定的生命期，而程序只是一组有序指令的集合，是静态的
• 并发性
• 独立性
• 异步性

进程的基本状态及转换

• 创建状态：
  1. 进程申请空白PCB，填写控制和管理进程的信息
  2. 分配进程运行时所必须的资源
  3. 将该进程转入就绪态、插入就绪队列中

挂起操作和进程状态的转换

• 引起挂起操作的引入：
  1. 终端用户的需要
  2. 父进程请求
  3. 负荷调节的需要
  4. 操作系统的需要
• 活动就绪：进程处于未被挂起的就绪状态，挂起后，变为静止就绪
• 活动阻塞：进程处于未被挂起的阻塞状态，挂起后，变为静止阻塞
  

进程管理中的数据结构

• PCB的作用
  1. 作为独立运行基本单位的标志
  2. 能实现间断性运行方式
  3. 提供进程管理所需要的信息
  4. 提供进程调度所需要的信息
  5. 实现与其它进程的同步与通信
• PCB中的信息
  1. 进程标识符
  2. 处理机状态
  3. 进程调度信息
  4. 进程控制信息
• PCB的组织方式
  1. 线性方式
  2. 链接方式
  3. 索引方式

三、进程控制

操作系统内核

• 支撑功能
  1. 中断处理
  2. 时钟管理
  3. 原语操作
• 资源管理功能
  1. 进程管理
  2. 存储器管理
  3. 设备管理

进程的创建

• 引起进程创建的事件
  1. 用户登录
  2. 作业调度
  3. 提供服务
  4. 应用请求

进程终止

• 引起进程终止的事件
  1. 正常结束
  2. 异常结束
  3. 外界干预

进程的阻塞与唤醒

• 事件：
  1. 向系统请求共享资源失败
  2. 等待某种操作的完成
  3. 新数据尚未到达
  4. 等待新任务的到达

四、进程同步

• 进程间的制约关系：同步、互斥
• 临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码

五、进程通信

• 由于进程的互斥与同步，进程间需要交换一定的信息，但只能称为低级进程通信，原因是效率低、通信对用户不透明
• 消息传递通信的实现方式
  1. 直接消息传递系统
  2. 信箱通信

六、线程与进程的比较

• 调派的基本单位：传统OS中，进程作为独立调度和分派的基本单位，引入线程的OS中，线程作为独立调度和分派的基本单位
• 并发性：进程之间、一个进程的多个线程之间、不同进程的线程之间都能并发执行
• 拥有资源：进程作为系统中拥有资源的一个基本单位，线程本身并不拥有系统资源，仅有一点必不可少、能保证独立运行的资源；属于同一进程的所有线程都具有相同的地址空间
• 独立性：在同一进程中的不同线程之间的独立性要比不同进程之间的独立性低得多
• 系统开销：线程的切换、同步和通信都无需操作系统内核的干预
• 单线程进程，只能运行在一个处理机上；而多线程进程，可以将一个进程的多个线程分配到不同处理机上