王道操作系统考研笔记——2.1.3 进程控制

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2.1.3 进程控制

知识总览

2.1.3.1 进程控制的过程

进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

如果是简单理解的话就是：进程控制就是实现进程状态转换。

如果一个进程处于创建态，那么他需要初始化PCB、分配系统资源。当所有东西分配结束后，此时创建态变为就绪态，转变的过程实际上是修改PCB内容和相应的队列，此时该进程的PCB被放入了就绪队列中。

当处于就绪态的进程想要转换为运行态，那么需要恢复进程运行的环境并且修改PCB内容和相应队列。之所以要恢复进程运行的环境是因为这个进程的上一次运行可能出现意外退出这种情况。

当处于运行态的进程想要转换为阻塞态，需要保存进程运行环境，并且修改PCB内容和相应的队列。

当处于阻塞态，说明是等待资源问题或者是其他进程的等待问题。所以当转换为就绪态时，需要修改PCB内容和相应队列。如果等待的是资源，则还需为进程分配系统资源。

运行态转换为就绪态的时候，需要保存进程运行环境，并且修改PCB内容和相应队列。

如果运行态转换为终止态的时候，需要回收进程拥有的资源，撤销PCB。

2.1.3.1 实现进程控制

用原语实现进程控制。原语的特点是执行期间不允许中断，只能一气呵成。这种不可被中断的操作即原子操作。

原语采用关中断指令和开中断指令实现。当要用原语实现进程控制时，此时执行关中断指令，如果有外部中断信号要中断进程是会被忽略掉的；而在执行完原语代码后，就会执行开中断指令，如果这时候有外部中断信号就不会被忽略。

显然，关/开中断指令的权限非常大，必然是只允许在核心态下执行的特权指令。

2.1.3.2 进程控制相关的原语

进程控制会导致进程状态的转换。无论哪个原语，要做的无非三类事情：

1. 更新PCB中的信息（如修改进程状态标志、将允许环境保存到PCB、从PCB恢复允许环境）
   1. 所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
   2. 剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
   3. 某进程开始运行前必然要恢复其运行环境
2. 将PCB插入合适的队列
3. 分配/回收资源

进程的创建

状态历程：无→创建态→就绪态

创建原语分为以下的工作：

1. 申请空白PCB
2. 为新进程分配所需资源
3. 初始化PCB
4. 将PCB插入就绪队列

引起进程创建的事件有：

事件	说明
用户登录	分时系统中，用户登录成功，系统会为其建立一个新的进程
作业调度	多道批处理系统中，有新的作业放入内存时，会为其建立一个新的进程
提供服务	用户向操作系统提出某些请求时，会新建一个进程处理该请求
应用请求	由用户进程主动请求创建一个子进程

进程的终止

状态历程：就绪态/阻塞态/运行态→终止态→无

撤销原语分为以下的工作：

1. 从PCB集合中找到终止进程的PCB
2. 若进程正在运行，立即剥夺CPU，将CPU分配给其他进程
3. 终止其所有子进程
4. 将该进程拥有的所有资源归还给父进程或操作系统
5. 删除PCB

引起进程终止的事件有：

• 正常结束
• 异常结束
• 外界干预

进程的阻塞

状态历程：运行态→阻塞态

阻塞原语分为以下的工作：

1. 找到要阻塞的进程对于的PCB
2. 保护进程运行现场，将PCB状态信息设置为“阻塞态”，暂时停止进程运行
3. 将PCB插入相应时间的等待队列

引起进程阻塞的事件有：

• 需要等待系统分配某种资源
• 需要等待相互合作的其他进程完成工作

进程的唤醒

状态历程：阻塞态→就绪态

唤醒原语分为以下的工作：

1. 在事件等待队列中找到PCB
2. 将PCB从等待队列移除，设置进程为就绪态
3. 将PCB插入就绪队列，等待被调度

引起进程唤醒的事件有：

• 等待的事件发生（因何事阻塞，就应由何事唤醒）

进程的切换

状态历程：运行态→阻塞态/就绪态 就绪态→运行态

切换原语分为以下的工作：

1. 将运行环境信息存入PCB
2. PCB移入相应队列
3. 选择另一个进程执行，并更新其PCB
4. 根据PCB恢复新进程所需的运行环境

引起进程切换的事件有：

• 当前进程时间片到了
• 有更高优先级的进程到达
• 当前进程主动阻塞
• 当前进程终止

2.1.3.3 小结

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