操作系统原理笔记（5）-进程控制

操作系统原理学习笔记-进程状态转换

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两状态：执行、未执行

进程获得处理机，进入执行状态；当时间片结束或其他某种原因，进程释放处理机，暂停执行，处于未执行状态

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两状态进程模型：队列形式

并非所有进程只要 未执行 就处于就绪(ready)，有的需要阻塞(blocked)等待I/O完成

未执行又可分为就绪和阻塞

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进程基本状态：执行，阻塞，就绪

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进程的五状态：执行，阻塞，就绪，新状态，终止状态

新状态：进程已经创建，但未被OS接纳为可执行进程。有一部分的资源还没得到。

就绪状态：准备执行，所有的资源都已经得到，只等待处理机。

执行状态：占用处理机（单处理机环境中，某一时刻仅一个进程占用处理机）

阻塞状态：等待某时间发生才能执行，如等待I/O完成等

终止状态：因停止或取消，被OS执行状态释放。出现异常或已经执行完成。

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进程五状态的转换过程

空->新状态 新创建的进程首先处于新状态

新状态->就绪状态 当系统允许增加就绪进程时，操作系统接纳新建状态进程，将它变为就绪状态，插入就绪队列中。

就绪状态->执行状态 当处理机空闲时，将从就绪队列中选择一个进程执行，该选择过程称为进程调度，或将处理机分派给一个进程，该进程状态从就绪转变为执行

执行状态->终止状态 执行状态的进程执行完毕，或出现诸如访问地址越界，非法指令错误，而被异常结束，则进程从执行状态转化为终止状态。

执行状态->就绪状态 就绪状态 分时系统中，时间片用完或优先级高的进程到来，将终端较低优先级进程的执行，进程从执行状态转变为就绪状态，等待下一次调度。

执行状态->阻塞状态 执行进程需要等到某事件发生。通常，会因为进程需要的系统调用不能立即完成，如读文件，共享虚拟内存，等待I/O操作，等待另一进程与之通信等事件而阻塞。

阻塞状态->就绪状态 当阻塞进程等待的事件发生，就转换为就绪状态，进入就绪队列排队，等待被调度执行。

注意：某些系统允许父进程在任何情况下终止其子进程，如果一个父进程被终止，其子进程都必须终止

多进程竞争内存资源

内存资源紧张

无就绪进程，处理机空闲，I/O的速度比处理机的速度慢的多，可能出现全部进程阻塞等待

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对换技术，交换技术（swapping）

将内存中暂时不能运行的进程，或暂时不用的数据和程序，换出到外存，以腾出足够的内存空间，把已具备运行条件的进程，或进程所需要的数据和程序，换入内存。进程被交换到外存，状态变为挂起状态。

进程挂起的原因

进程全部阻塞，处理机空闲

系统负荷过重，内存空间紧张

操作系统的需要，操作系统可能需要挂起后台进程或一些服务进程，或者某些可能导致系统故障的进程。

终端用户的请求。

父进程的需求。

被挂起进程的特征

不能立即执行

可能是等待某时间发生，若是，则阻塞条件独立于挂起条件，即使阻塞时间发生，该进程也不能执行。

使之挂起的进程为：自身，其父进程，OS

只有挂起他的进程才能使之挂起状态转换为其他状态。

挂起与阻塞

区分两个概念

进程是否等待事件:阻塞与否

进程是否被换出内存：挂起与否

4中状态组合：

就绪：进程在内存，准备执行

阻塞：进程在内存，等待事件

就绪/挂起:进程在外存，只要调入内存即可执行。

阻塞/挂起：进程在外存，等待事件

处理机可调度执行的进程有两种：

新创建进程

或换入一个以前挂起的进程,通常为避免增加系统负载，系统会换入一个以前挂起的进程执行。

具有挂起状态的进程状态转换

阻塞->阻塞挂起：OS通常将阻塞进程换出，以腾出内存空间

阻塞\挂起->就绪\挂起:当阻塞\挂起进程等待的事件发生时，可以将其转换为就绪\挂起

就绪->就绪\挂起:一般，OS挂起阻塞进程。但有时也会挂起就绪进程，释放足够的内存空间

新->就绪\就绪:新进程创建后，可以插入到就绪队列或就绪\挂起队列。若无足够的内存分配给新进程，则需要新->就绪\挂起

阻塞挂起->阻塞:当阻塞挂起队列中有一个进程的阻塞时间可能会很快发生，则可将一个阻塞挂起进程换入内存，变为阻塞。

执行->就绪挂起：当执行进程的时间片用完时，会转换为就绪，或，一个高优先级的阻塞挂起进程正好变为非阻塞状态，OS可以将执行进程转换为就绪挂起状态

所有状态->终止:通常执行->终止，但某些OS系统中父进程控制子进程的状态转换，可以直接有状态转换成终止。

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2.3进程的控制

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两种执行模式

系统模式、控制模式或内核模式

具有较高的特权

运行系统特定的指令，包括读写控制寄存器的指令，基本I/O指令以及与存储器管理有关的指令，以及一些特定的内存区

内核模式下的处理机及其指令，寄存器和内存都受到了完全控制和保护。

用户模式

具有较低的特权

用户程序一般运行在用户模式

模式切换

用户模式->系统模式:用户程序执行到一条系统调用，进入操作系统内核执行

系统模式->用户模式:执行完系统调用的功能，返回到用户程序。

特殊情况：程序执行到语句结束时，切换到系统模式，不再返回到用户程序。

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操作系统内核：

是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统最基本的功能，是操作系统工作的基础。

现在操作系统设计中，为减少系统本身的开销，往往将一些与硬件紧密相关的基本的，公共的运行频率较高的模块以及关键性数据结构独立开来，使之常驻内存并对他们进行特殊的保护，通常把这一部分称为操作系统内核。

用户通过系统调用访问操作系统的功能，这些功能最终都通过操作系统内核实现

不同的操作系统对内核的定义和功能范围的设定是不同的

一般地，操作系统内核的功能可以概括地划分为资源管理功能和支撑功能

资源管理：进程管理，存储管理和I\O设备

支撑功能：中断处理，统计，检测，时钟管理，原语操作等

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资源管理功能

进程管理：进程创建和终止，调度，状态转换，同步和通信，管理PCB

存储管理：为进程分配地址空间，对换，段/页管理

I\O设备管理：缓存管理，为进程分配I/O通道或者设备

支撑功能：

中断处理

时钟管理

原语：原子操作

统计

监测

进程控制原语

进程切换

创建与终止

阻塞与唤醒

挂起与激活

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