進程及其實現
筆記
進程的定義：
具有獨立功能的程序在某個數據集合上的一次運行活動
是操作系統經行資源分配和保護的基本單位
引進進程的原因：
1.刻畫程序的並發行。
2.解決資源的共享性。
進程的屬性：
1.動態性。
2.共享性。
3.獨立性。
4.制約性。
5.並發性。（多個程序的執行在時間上是可以重疊的，在單處理器系統中可以並發執行，但是處理器中只能有一個進程，在多處理器環境中可並發執行）
進程的分類：
1.用戶進程
2.系統進程
進程與程序的區別：
1.進程更能真實地描述並發，而程序不能
2.進程是由程序、數據、控制塊、核心棧組成
3.程序是靜態的，進程是動態的
4.進程有生命后期，有誕生有消亡，是短暫；而程序是想對長久存在的
5.一個程序可以有多個進程
拿QQ來說，qq就是一個程序，運行之后就創建了進程了
進程的三種狀態：
1.運行態：進程占用處理器正在運行的狀態
2.就緒態：進程具備運行條件，等待系統分配處理器以便運行的狀態。（萬事俱備，只差CUP）
3.阻塞態（等待態或者睡眠態）：進程不具備運行條件，正在等待某個時間完成的狀態
等待態轉換成就緒態，就緒態轉換為運行態，當正在運行的進程的時間片用完時，運行態也可以轉換為就緒態，就緒態是肯定補能轉換成等待態的，因為萬事俱備了，只是差cup，怎么可以又倒回去等待呢。等待態也不可以轉換成運行態，你都還沒分配資源，怎么能直接占用cup呢。
進程的七種狀態：
掛起：將進程從內存移到輔存中，釋放內存空間。
掛起進程的特征：
1.該進程不能立即被執行
2.該進程可能會等待事件，但所等待的事件是獨立於掛起條件的，事件結束並不能導致進程具備執行條件
3.該進程進入掛起狀態是由於操作系統、父進程或進程自身阻止它的運行
4.結束掛起狀態的命令只能通過操作系統或父進程發出
進程映像：
某時刻進程的內容及其狀態集合
進程要素：
1.進程控制塊PCB（上下文切換時操作系統拍的照片就是保存在PCB中）
2.進程程序塊
3.進程核心棧
4.進程數據塊
進程控制塊：
系統為了管理進程設置的一個專門的數據結構，用它來記錄進程的外部特征，描述進程的運動變化過程。系統利用PCB來控制和管理進程，所以PCB是系統感知進程存在的唯一標志。進程與PCB是一一對應的
構成：標志信息、現場信息、控制信息。
組織：系統把所有PCB組織在一起，並把它們放在內存的固定區域，就構成了PCB表。PCB表的大小決定了 系統中最多可同時 存在的進程個數， 稱為系統的並發度
使用權：其使用權和修改權均屬於操作系統
進程隊列組織方式：
1.鏈接方式
2.索引方式
不同狀態的進程可以排成不同隊列，如運行隊列、就緒隊列、等待隊列。單處理器的話，運行隊列只有一個進程。等待隊列通常有多個，按照等待狀態：等待I/O設備，等待信號量等等
在PCB池中空閑的PCB會鏈接成自由隊列
空閑進程隊列指針就是指空閑的PCB
進程上下文切換：
進程切換必定在內核態發生。
步驟：
1.保存被中斷進程的處理器現場信息（拍照）
2.修改被中斷進程PCB的有關信息：如進程狀態等
3.把被中斷金進程的PCB加入相關隊列
4.選擇占用處理器運行的另一個進程
5.修改被選中進程PCB的有關信息：如改為就緒態
6.設置被選中進程的地址空間，恢復存儲管理信息
7.根據被選中進程的上下文信息來恢復處理器現場
進程切換一定會引起模式切換
進程創建：
1.在進程列表中增加一項，從PCB池中申請一個空閑PCB，為新進程分配唯一進程標識符
2.為新進程的進程映像分配地址空間，以便容納進程實體，由進程管理程序確定加載至進程地址空間中的程序
3.為新進程分配各種資源
4.初始化PCB，如進程標識符、處理器初始狀態、進程優先級
5.把新進程的狀態設置為就緒態，並將其移入就緒隊列
6.通知操作系統某些模塊，如記賬程序，性能監控程序等
進程撤銷：
進程完成特定工作或出現嚴重錯誤后必須被撤銷。
分類：
正常撤銷和非正常撤銷。
原因：
1.進程運行結束
2.進程執行非法指令
3.進程在用戶態執行特權指令
4.進程運行時間超過所分配的最大時間配額
5.進程等待時間超過所設定的最長等待時間
6.越界錯誤
7.對共享內存區的非法使用
8.出現程序性故障
9.I/O操作故障
10.操作員干預等。
一旦發生以上事件，系統或進程將調用撤銷原語來終止自己或者子進程。
步驟：
1.根據撤銷進程的標識號從相應隊列中查找並移除它
2.將此進程所擁有的資源歸還給父進程或操作系統
3.若此進程擁有子進程，先撤銷其所有子進程以防止它們脫離控制
4.回收PCB並將其歸還至PCB池
5.轉向進程調度程序工作
進程阻塞和喚醒：
進程阻塞是指進程讓出處理器轉而等待一個事件，如等待資源、等待I/O操作完成、等待事件發生等
進程通常調用阻塞原語來阻塞自己，所以阻塞是進程的自主行為，是一個同步事件
進程阻塞步驟：
1.停止進程執行，將現場信息保存到PCB
2.修改進程PCB的有關內容，如進程狀態由運行態改為等待態等，並把狀態已修改的進程移入相應事件的等待隊列
3.轉向進程調度程序，調度其他進程運行
進程喚醒步驟：
1.從相應的等待隊列移除進程
2.修改PCB的有關內容，如進程狀態改為就緒態，並將進程移入就緒隊列
3.若被喚醒的進程比當前運行的進程的優先級高，則重新設置調度標志
阻塞原語和喚醒原語的作用剛好相反。
調用了阻塞原語來阻塞自己，必須由與相關的另一進程調用喚醒原語來喚醒被阻塞進程，否則被阻塞進程會因未被喚醒而處於永遠阻塞狀態
掛起原語既可由進程自己也可由其他進程調用，但是激活原語只能由其他進程調用
小練習
一、填空題
1．進程的靜態描述由三部分組成： ①PCB、②程序部分、③相關的數據結構集
2．進程存在的標志是：進程控制塊PCB
3.給出用於進程控制的四種常見的原語：創建原語、撤消原語、阻塞原語、喚醒原語
4進程被創建后，最初處於 ① 狀態，然后經 ② 選中后進入 ③ 狀態
①就緒，②進程調度程序，③運行
5. ① 是現代操作系統的基本特征之一，為了更好地描述這一特征而引入了 ② 這一概念。
①程序的並發執行，②進程
二、單項選擇題
1.進程調度是從 （ ）選擇一個進程投入運行。
（A）就緒隊列 （B）等待隊列
（C）作業后備隊列 （D）提交隊列
2.一個進程被喚醒，意味着 （ ）
（A）該進程重新占有了CPU （B）進程狀態變為就緒
（C）它的優先權變為最大 （D）其PCB移至就緒隊列的隊首
3.進程和程序的本質區別是 （ ）
（A）存儲在內存和外存 （B）順序和非順序執行機器指令
（C）分時使用和獨占使用計算機資源 （D）動態和靜態特征
4.某進程所要求的一次打印輸出結束，該進程被 ① C，進程的狀態將從 ②F
（A）阻塞 （B）執行
（C）喚醒 （D）運行狀態到阻塞狀態
（E）就緒到運行 （F）阻塞到就緒
5.一進程在某一時刻具有（ ）
（A）一種狀態 （B）兩種狀態
（C）三種狀態 （D）四種狀態
6.進程從運行狀態變為等待的原因可能是（ ）
（A）輸入／輸出事件發生 （B）時間片到
（C）輸入／輸出事件完成 （D）某個進程被喚醒
【解析】正在運行的進程如果要申請輸入或輸出，這時進程的狀態將從運行變為等待，將CPU讓出，等待輸入或
輸出完成。
7.進程創建原語的任務是（ ）
（A）為進程編制程序 （B）為進程建立PCB表
（C）為進程分配CPU （D）為進程分配所需的各種資源
8.進程被創建后即進入 （ ）排隊
（A）阻塞隊列 （B）就緒隊列
（C）緩沖隊列 （D）運行隊列
【解析】進程創建后，按就緒隊列的排列順序插入其中，等待進程調度程序的調度。
9.多道系統環境下，操作系統分配資源是以（ ）為基本單位。
（A）作業 （B）指令
（C）程序 （D）進程
10.一個進程獲得了除CPU以外的所需資源，則該進程可能處於（ ）狀態
（A）運行 （B）就緒
（C）等待 （D） （B）和（C）
11.保護現場是指將現場信息保存至（ ）
(A)磁盤 (B)各相應的寄存器
(C)進程的PCB中 (D)內存系統區
三、多項選擇題:
1．進程所具有的基本狀態包括_________。
（A）后備狀態 （B）運行狀態
（C）完成狀態 （D）就緒狀態
（E）等待狀態
2．進程所具有的基本特征包括_________。
（A）動態性 （B）順序性
（C）並發性 （D）封閉性
（E）異步性
3．一個進程通常包括_________。
（A）程序 （B）作業說明書
（C）數據 （D）運行日志
（E）進程控制塊（PCB）
4．運行狀態的進程由於某種原因可能變為_________。
（A）就緒狀態 （B）等待狀態
（C）后備狀態 （D）完成狀態
（E）活躍狀態
5． 進程調度算法中，可以設計成“可搶占式”的算法有_________。
（A）先來先服務調度算法 （B）優先數調度算法 （C）最高響應比優先
（D）時間片輪轉調度算法 （E）最短作業優先
【解析】常用的進程調度算法有先來先服務、優先數、時間片輪轉及多級調度等算法。而先來先服務調度算法是“非
搶占式”的；“優先數調度算法”可以是“非搶占式”的，也可以是“搶占式”的；“時間片輪轉調度算法”是一種“搶
占式”的。算法“最高響應比優先”、“最短作業優先”適用於作業調度，而不適於進程調度。所以選擇（B）、（D）。
6．從中斷事件的性質來說，一般中斷包括_________。
（A）硬件故障中斷 （B）程序中斷
（C）外部中斷 （D）輸入輸出中斷
（E）訪管中斷
7．在下列敘述中，正確的是_________。
（A）進程之間的狀態變化，一定在PCB中反映出來
（B）當進程完成I/O后，進程的狀態由等待變為運行
（C）中斷屏蔽是不允許發生中斷
（D）Ｏ.Ｓ的特征之一為並行性，所謂並行性是指多個進程同時處於運行狀態
（E）中斷屏蔽是暫時不響應中斷
8．可以做為進程調度算法的有_________。
（A）先來先服務調度算法 （B）時間片輪轉調度算法
（C）最高優先級調度算法 （D）響應比高者優先調度算法
（E）均衡調度算法
11．________可能會引起處理機從一個進程轉到另一個進程。
（A）一個進程從運行狀態變為等待狀態
（B）一個進程從運行狀態變為就緒狀態
（C）一個就緒狀態進程的優先級降低
（D）一個進程運行完成而撤離系統
（E）一個就緒狀態進程的優先級升高
【解析】當一個就緒狀態進程的優先級降低時，不會引起處理機從一個進程轉到另一個進程。因此，不能選擇C，其
它情況都可能引起處理機在不同進程之間的轉換。所以，本題應該選擇（A）、（B）、（D）、（E）。
四、是非判斷題
1．進程之間的狀態變化，一定在PCB中反映出來。（正確）
2．當進程完成I/O后，進程的狀態由等待變為運行。（錯誤）
3．中斷屏蔽是不允許發生中斷。 （錯誤 ）
【解析】中斷屏蔽期間允許發生中斷，但暫時不響應。
4．Ｏ.Ｓ的特征之一為並行性，所謂並行性是指多個進程同時處於運行狀態 （ 錯誤）
五、簡答題
1．設有三個進程A，B，C,進程A和進程B各需要運行3毫秒的處理器時間，而進程C卻要24毫秒的處理器時間，分別考慮當三個進程到達順序為A，B，C時及C，B，A時，用先來先服務進行調度時各自的平均等待時間。
【解析】當三個進程到達順序為A，B，C時，按照先來先服務的順序，進程A先占用處理器，進程B需等待3毫秒后才能去占用處理器，進程C在等待6毫秒的時間后可以占用處理器。於是，它們的平均等待時間為（0＋3＋6）／3=3毫秒。如果進程是按 C,B,A的次序排入隊列，則進程C先占用處理器運行24毫秒后才能讓進程B占用，即進程B需等待24毫秒，而進程A在等了27毫秒后才可占用處理器，現在這三個進程的平均等待時間為（27＋24＋0）/3=17毫秒。 7可見當運行時間長的進程先就緒的話，先來先服務算法使系統效率受到影響。
2.引起“進程切換”的時機有哪些？
【解析】我們把處理機從一個進程轉到另一個進程稱為“進程切換”。引起“進程切換”的時機有以下幾種情況：
（1）一個進程從運行狀態變為等待狀態。
（2）一個進程從運行狀態變為就緒狀態。
（3）一個進程從等待狀態變為就緒狀態。
（4）一個進程運行完成而撤離系統。
3.進程控制塊（PCB）中應該包括哪些內容，其作用是什么？
【解析】進程控制塊是用以記錄進程有關信息的一塊主存，其中登記着諸如：進程標識、進程狀態、優先級、中斷現場保
護區、所占資源等信息。它是由系統為每個進程分別建立的，並且在進程結束其生命期時由系統將相應的PCB撤消，
PCB是進程存在的標識。
4.進程在系統中有哪幾種基本狀態，狀態如何發生變化？
【解析】通常一個進程至少有三種不同的狀態：運行狀態、就緒狀態、等待狀態。
（1）運行狀態（Running）：當一個進程正在處理機上運行時，稱其處於運行狀態。
（2）就緒狀態（Ready）：當一個進程具備了運行條件，一旦獲得處理機即可運行，稱此進程處於就緒狀態。
（3）等待狀態（Blocked）：當一個進程由於等待某事件的發生（如I/O完成）而不能運行時，稱此進程處於等待狀態。
5.進程具有哪些基本特征？
【解析】
（1）動態性：進程包含了程序及相應的數據集合，執行過程中其狀態處於不斷地變化。
（2）並發性：系統中各進程交替占用CPU，它們是並發執行的。
（3）異步性：各進程都以不可預知的速度向前推進。
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