操作系统(二)进程控制

1 进程状态

1. 进程的三种基本状态

1) 就绪(Ready)状态
2) 执行状态3)
阻塞状态(请求I/O,申请缓冲空间等)

2. 挂起状态

引入挂起状态的原因有:

(1)终端用户的请求。当终端用户在自己的程序运行期间发现有可疑问题时,希望暂时使自己的程序静止下来。亦即,使正在执行的进程暂停执行;若此时用户进程正处于就绪状态而未执行,则该进程暂不接受调度,以便用户研究其执行情况或对程序进行修改。我们把这种静止状态称为挂起状态。

(2)父进程请求。有时父进程希望挂起自己的某个子进程,以便考查和修改该子进程,或者协调各子进程间的活动。

(3)负荷调节的需要。当实时系统中的工作负荷较重,已可能影响到对实时任务的控制时,可由系统把一些不重要的进程挂起,以保证系统能正常运行。

(4) 操作系统的需要。操作系统有时希望挂起某些进程,以便检查运行中的资源使用情况或进行记账。

(1) 活动就绪→静止就绪。当进程处于未被挂起的就绪状态时,称此为活动就绪状态,表示为Readya。当用挂起原语Suspend
将该进程挂起后,该进程便转变为静止就绪状态,表示为Readys,处于Readys状态的进程不再被调度执行。

(2)活动阻塞→静止阻塞。当进程处于未被挂起的阻塞状态时,称它是处于活动阻塞状态,表示Blockeda。当用Suspend原语将它挂起后,进程便转变为静止阻塞状态,表示为Blockeds。处于该状态的进程在其所期待的事件出现后,将从静止阻塞变为静止就绪。

(3) 静止就绪→活动就绪。处于Readys
状态的进程,若用激活原语Active
激活后,该进程将转变为Readya
状态。

(4) 静止阻塞→活动阻塞。处于
Blockeds 状态的进程,若用激活原语Active
激活后,该进程将转变为Blockeda
状态。

3.创建状态和终止状态

为了管理的需要,还存在着两种比较常见的进程状态,即创建状态和终止状态。

1) 创建状态

创建一个进程一般要通过两个步骤:首先,为一个新进程创建PCB,并填写必要的管理信息;其次,把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。

当一个新进程被创建时,统已为其分配了PCB,填写了进程标识等信息,但由于该进程所必需的资源或其它信息,如主存资源尚未分配等,一般而言,此时的进程已拥有了自己的PCB,但进程自身还未进入主存,即创建工作尚未完成,进程还不能被调度运行,其所处的状态就是创建状态.

2)终止状态

进程的终止也要通过两个步骤:首先等待操作系统进行善后处理,然后将其PCB
清零,并将PCB
空间返还系统。

进入终止态的进程以后不能再执行,但在操作系统中依然保留一个记录,其中保存状态码和一些计时统计数据,供其它进程收集。一旦其它进程完成了对终止状态进程的信息提取之后,操作系统将删除该进程。

如图2-8
所示,引进创建和终止状态后,在进程状态转换时,相比较图2-7
所示的进程五状态转换而言,需要增加考虑下面的几种情况。

(1)NULL→创建:一个新进程产生时,该进程处于创建状态。

(2)创建→活动就绪:在当前系统的性能和内存的容量均允许的情况下,完成对进程创建的必要操作后,相应的系统进程将进程的状态转换为活动就绪状态.

(3)创建→静止就绪:考虑到系统当前资源状况和性能要求,并不分配给新建进程所需资源,主要是主存资源,相应的系统进程将进程状态转为静止就绪状态,对换到外存,不再参与调度,此时进程创建工作尚未完成。

(4)执行→终止:当一个进程到达了自然结束点,或是出现了无法克服的错误,或是被操作系统所终结,或是被其他有终止权的进程所终结,进程即进终止状态。

2 进程控制块

1.进程控制块的作用

为了描述和控制进程的运行,系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块PCB(ProcessControl
Block),它是进程实体的一部分,是操作系统中最重要的记录型数据结构.

2.进程控制块中的信息

1) 进程标识符

(1) 内部标识符(2)
外部标识符。

2) 处理机状态

1 通用寄存器2
指令计数器3
程序状态字PSW 4
用户栈指针

3) 进程调度信息

1 进程状态
2 进程优先级3
进程调度所需的其它信息,它们与所采用的进程调度算法有关4事件,指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件,即阻塞原因.

4) 进程控制信息

1 程序和数据的地址,2
进程同步和通信机制3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;4
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。

3. 进程控制块的组织方式
1) 链接方式
2) 索引方式

2 进程控制

1.进程的创建与终止

引起创建进程的事件

(1) 用户登录(2)
作业调度。(3)提供服务。(4)应用请求。

进程的创建(Creationof Process)

(1) 申请空白PCB。(2)为新进程分配资源。(3)初始化进程控制块。(4)将新进程插入就绪队列,如果进程就绪队列能够接纳新进程,便将新进程插入就绪队列。

2.进程的终止

引起进程终止的事件

1) 正常结束2)
异常结束3)
外界干预

(1) 越界错误。这是指程序所访问的存储区已越出该进程的区域。

(2) 保护错。这是指进程试图去访问一个不允许访问的资源或文件,或者以不适当的方

式进行访问,例如,进程试图去写一个只读文件。

(3) 非法指令。这是指程序试图去执行一条不存在的指令。出现该错误的原因,可能是

程序错误地转移到数据区,把数据当成了指令。

(4) 特权指令错。这是指用户进程试图去执行一条只允许OS
执行的指令。

(5) 运行超时。这是指进程的执行时间超过了指定的最大值。

(6) 等待超时。这是指进程等待某事件的时间超过了规定的最大值。

(7) 算术运算错。这是指进程试图去执行一个被禁止的运算,例如被0
除。

(8) I/O 故障。这是指在I/O
过程中发生了错误等

进程的终止过程

(1) 根据被终止进程的标识符,从PCB
集合中检索出该进程的PCB,从中读出该进程的状态。

(2) 若被终止进程正处于执行状态,应立即终止该进程的执行,并置调度标志为真,用于指示该进程被终止后应重新进行调度。

(3) 若该进程还有子孙进程,还应将其所有子孙进程予以终止,以防它们成为不可控的进程。

(4) 将被终止进程所拥有的全部资源,或者归还给其父进程,或者归还给系统。

(5) 将被终止进程(PCB)从所在队列(或链表)中移出,等待其他程序来搜集信息。

2 进程的阻塞与唤醒

1.引起进程阻塞和唤醒的事件

1) 请求系统服务2)
启动某种操作3)
新数据尚未到达4)
无新工作可做

统往往设置一些具有某特定功能的系统进程,每当这种进程完成任务后,便把自己阻塞起来以等待新任务到来。例如,系统中的发送进程,其主要工作是发送数据,若已有的数据已全部发送完成而又无新的发送请求,这时(发送)进程将使自己进入阻塞状态;

2.进程阻塞过程

正在执行的进程,当发现上述某事件时,由于无法继续执行,于是进程便通过调用阻塞原语block
把自己阻塞。可见,进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。

3.进程唤醒过程

当被阻塞进程所期待的事件出现时,如I/O
完成或其所期待的数据已经到达,则由有关进程(比如用完并释放了该I/O
设备的进程)调用唤醒原语wakeup( ),
将等待该事件的进程唤醒.

3 进程的挂起与激活

挂起原语的执行过程是:首先检查被挂起进程的状态,若处于活动就绪状态,便将其改为静止就绪;对于活动阻塞状态的进程,则将之改为静止阻塞。为了方便用户或父进程考查该进程的运行情况而把该进程的PCB复制到某指定的内存区域。最后,若被挂起的进程正在执行,则转向调度程序重新调度

激活原语先将进程从外存调入内存,检查该进程的现行状态,若是静止就绪,便将之改为活动就绪;若为静止阻塞,便将之改为活动阻塞。假如采用的是抢占调度策略,则每当有新进程进入就绪队列时,应检查是否要进行重新调度,即由调度程序将被激活进程与当前进程进行优先级的比较,如果被激活进程的优先级更低,就不必重新调度;否则,立即剥夺当前进程的运行,把处理机分配给刚被激活的进程。