2.1 进程及其实现

1. 进程的定义
2. 进程的类型和特型
3. 进程的状态和转换
4. 进程控制块
5. 进程要素

一. 进程定义：

进程是为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享，所需的一个描述程序执行时动态特征的概念；

进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动， 是系统进行资源分配、调度和保护的独立单位；

二. 进程的类型和特性

（1） 进程的分类：

系统进程： 操作系统的模块在系统执行的时候，所演化出的进程。常是操作系统的服务进程；

用户进程： 用户的应用程序在运行的时候，系统为应用程序所创建的进程；

（2） 进程的属性：

1. 结构性：进程由进程控制块（PCB）、程序、数据和栈空间组成；

2. 共享性：在一个系统中， 多个进程可以共享系统中的种种资源（这种共享又分为分时共享和空间共享)；

3. 动态性：进程的创建、运行、直到结束是一个动态的过程；

4. 独立性：多个进程在系统中并发运行， 各进程之间互相独立；

5. 制约性：有些进程之间是由制约关系的；（竞争资源制约，协同合作制约等）

6. 并发性

（3）程序和进程之间的区别：

进程能真实的描述并发，而程序不行；

进程是由程序和数据和控制块构成；

程序是静态的，进程是动态的；

进程是有生命周期的，程序是相对长久的；

一个程序可以对应多个进程，反之亦然；

进程具有创建其他进程的功能，程序没有；

三. 进程的状态和转换

（1）三状态模型：

1.1 状态描述

１.　运行态：进程占有CPU，并在CPU上运行的状态；

２.　就绪态：进程已经具备运行条件，但没分配CPU，暂时不能运行；

３.　等待态(阻塞态，睡眠态)：进程因等待某事件的发生而暂时不能运行的状态，即使CPU空闲，该进程也不可执行；

1.2 状态之间的转换：

就绪　－＞　运行：调度程序选择进程运行；

运行　－＞　就绪：运行进程用完了时间片；

运行　－＞　等待：进程要求的资源并未分配；

等待　－＞　就绪：进程等待的事件发生；　

未分配资源的原因有很多例如：　

1. 进程要求某项服务，但操作系统尚未完成该服务

2. 对资源的访问尚不能进行

3. 初始化IO且需等待结果

4. 等待某一进程提供输入

（2） 五进程状态模型：

新添加的状态转换：

无 - > 新建态： 创建子进程;

新建态 -> 就绪态： 系统完成进程创建操作，且当前系统的资源都满足运行条件；

运行态 -> 终止态：进程到达自然结束点，或者出现了无法克服的错误，或者被操作系统终结，或者被其他有终止权的进程终止；

终止态 -> NULL：完成善后操作

就绪态 -> 终止态：父进程终结子进程

等待态 -> 终止态：父进程终止子进程

（3）七进程状态模型：

新添加的状态：挂起状态; （就绪挂起态、等待挂起态）

在并发的环境中， 进程不断的创建，系统资源已经不能满足所有进程运行时对内存资源的需求。
此时系统会将内存中的一部分进程临时保存到磁盘的镜像区中（挂起），暂时不参与进程的调度，以减少系统操作的负荷；

四. 进程控制块（PCB）：

（1）定义：

PCB时系统为了管理进程设置的专门数据结构，用来记录进程的外部特征，描述进程的变化过程；

PCB也是系统感知进程存在的唯一标志，进程与PCB一一对应；

（2）PCB的构成：

1 . 进程的描述信息 ：

包括：
进程的标识符（process ID），唯一， 通常为一个整数；
进程名，通常基于可执行文件名（不唯一）；
用户标识符（user ID）；
进程组关系；

2 . 进程控制信息：

当前状态， 优先级， 代码执行入口地址， 代码的外存地址…

3 . 所拥有的资源和使用情况：

虚拟地址空间的现状， 打开文件列表

4 . CPU现场保护信息

寄存器值，指向赋予该进程的段/页表的指针

（3）PCB的组织：

系统把PCB组织在一起，放入内存， 构成PCB表；

PCB表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程的个数，称为系统的并发度；

一般来说，PCB表是以队列的形式组织的，分为两种队列：1. 就绪队列 2.等待队列（有多个队列，按等待的事件划分）

五. 进程的要素：

(1)进程的构成： PCB， 程序段， 数据段， 栈空间;

PCB处于进程的核心段， 用户进程不能直接访问，修改自身的PCB；

(2)进程上下文： 进程本身 + 运行环境， 对进程执行活动全过程的静态描述

进程上下文可以分为三个部分：

1. 寄存器上下文： 进程和CPU相关的内容
2. 系统级上下文：主要包括操作系统内核直接管理的内存区的内容
3. 用户级上下文：进程的用户地址空间

系统中进程的调度和切换，其实就是进程上下文的切换：

1. 保存被中断进程的处理器现场信息

2. 把被中断进程的进程控制块加入有关队列

3. 选择下一个处理器运行的进程

4. 修改被选中进程的PCB的有关信息

5. 根据被选中进程的PCB恢复处理器现场

由此完成了一个进程切换出CPU，一个进程切换进CPU的转换过程。