进程及其实现
笔记
进程的定义：
具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动
是操作系统经行资源分配和保护的基本单位
引进进程的原因：
1.刻画程序的并发行。
2.解决资源的共享性。
进程的属性：
1.动态性。
2.共享性。
3.独立性。
4.制约性。
5.并发性。（多个程序的执行在时间上是可以重叠的，在单处理器系统中可以并发执行，但是处理器中只能有一个进程，在多处理器环境中可并发执行）
进程的分类：
1.用户进程
2.系统进程
进程与程序的区别：
1.进程更能真实地描述并发，而程序不能
2.进程是由程序、数据、控制块、核心栈组成
3.程序是静态的，进程是动态的
4.进程有生命后期，有诞生有消亡，是短暂；而程序是想对长久存在的
5.一个程序可以有多个进程
拿QQ来说，qq就是一个程序，运行之后就创建了进程了
进程的三种状态：
1.运行态：进程占用处理器正在运行的状态
2.就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行的状态。（万事俱备，只差CUP）
3.阻塞态（等待态或者睡眠态）：进程不具备运行条件，正在等待某个时间完成的状态
等待态转换成就绪态，就绪态转换为运行态，当正在运行的进程的时间片用完时，运行态也可以转换为就绪态，就绪态是肯定补能转换成等待态的，因为万事俱备了，只是差cup，怎么可以又倒回去等待呢。等待态也不可以转换成运行态，你都还没分配资源，怎么能直接占用cup呢。
进程的七种状态：
挂起：将进程从内存移到辅存中，释放内存空间。
挂起进程的特征：
1.该进程不能立即被执行
2.该进程可能会等待事件，但所等待的事件是独立于挂起条件的，事件结束并不能导致进程具备执行条件
3.该进程进入挂起状态是由于操作系统、父进程或进程自身阻止它的运行
4.结束挂起状态的命令只能通过操作系统或父进程发出
进程映像：
某时刻进程的内容及其状态集合
进程要素：
1.进程控制块PCB（上下文切换时操作系统拍的照片就是保存在PCB中）
2.进程程序块
3.进程核心栈
4.进程数据块
进程控制块：
系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志。进程与PCB是一一对应的
构成：标志信息、现场信息、控制信息。
组织：系统把所有PCB组织在一起，并把它们放在内存的固定区域，就构成了PCB表。PCB表的大小决定了 系统中最多可同时 存在的进程个数， 称为系统的并发度
使用权：其使用权和修改权均属于操作系统
进程队列组织方式：
1.链接方式
2.索引方式
不同状态的进程可以排成不同队列，如运行队列、就绪队列、等待队列。单处理器的话，运行队列只有一个进程。等待队列通常有多个，按照等待状态：等待I/O设备，等待信号量等等
在PCB池中空闲的PCB会链接成自由队列
空闲进程队列指针就是指空闲的PCB
进程上下文切换：
进程切换必定在内核态发生。
步骤：
1.保存被中断进程的处理器现场信息（拍照）
2.修改被中断进程PCB的有关信息：如进程状态等
3.把被中断金进程的PCB加入相关队列
4.选择占用处理器运行的另一个进程
5.修改被选中进程PCB的有关信息：如改为就绪态
6.设置被选中进程的地址空间，恢复存储管理信息
7.根据被选中进程的上下文信息来恢复处理器现场
进程切换一定会引起模式切换
进程创建：
1.在进程列表中增加一项，从PCB池中申请一个空闲PCB，为新进程分配唯一进程标识符
2.为新进程的进程映像分配地址空间，以便容纳进程实体，由进程管理程序确定加载至进程地址空间中的程序
3.为新进程分配各种资源
4.初始化PCB，如进程标识符、处理器初始状态、进程优先级
5.把新进程的状态设置为就绪态，并将其移入就绪队列
6.通知操作系统某些模块，如记账程序，性能监控程序等
进程撤销：
进程完成特定工作或出现严重错误后必须被撤销。
分类：
正常撤销和非正常撤销。
原因：
1.进程运行结束
2.进程执行非法指令
3.进程在用户态执行特权指令
4.进程运行时间超过所分配的最大时间配额
5.进程等待时间超过所设定的最长等待时间
6.越界错误
7.对共享内存区的非法使用
8.出现程序性故障
9.I/O操作故障
10.操作员干预等。
一旦发生以上事件，系统或进程将调用撤销原语来终止自己或者子进程。
步骤：
1.根据撤销进程的标识号从相应队列中查找并移除它
2.将此进程所拥有的资源归还给父进程或操作系统
3.若此进程拥有子进程，先撤销其所有子进程以防止它们脱离控制
4.回收PCB并将其归还至PCB池
5.转向进程调度程序工作
进程阻塞和唤醒：
进程阻塞是指进程让出处理器转而等待一个事件，如等待资源、等待I/O操作完成、等待事件发生等
进程通常调用阻塞原语来阻塞自己，所以阻塞是进程的自主行为，是一个同步事件
进程阻塞步骤：
1.停止进程执行，将现场信息保存到PCB
2.修改进程PCB的有关内容，如进程状态由运行态改为等待态等，并把状态已修改的进程移入相应事件的等待队列
3.转向进程调度程序，调度其他进程运行
进程唤醒步骤：
1.从相应的等待队列移除进程
2.修改PCB的有关内容，如进程状态改为就绪态，并将进程移入就绪队列
3.若被唤醒的进程比当前运行的进程的优先级高，则重新设置调度标志
阻塞原语和唤醒原语的作用刚好相反。
调用了阻塞原语来阻塞自己，必须由与相关的另一进程调用唤醒原语来唤醒被阻塞进程，否则被阻塞进程会因未被唤醒而处于永远阻塞状态
挂起原语既可由进程自己也可由其他进程调用，但是激活原语只能由其他进程调用
小练习
一、填空题
1．进程的静态描述由三部分组成： ①PCB、②程序部分、③相关的数据结构集
2．进程存在的标志是：进程控制块PCB
3.给出用于进程控制的四种常见的原语：创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语
4进程被创建后，最初处于 ① 状态，然后经 ② 选中后进入 ③ 状态
①就绪，②进程调度程序，③运行
5. ① 是现代操作系统的基本特征之一，为了更好地描述这一特征而引入了 ② 这一概念。
①程序的并发执行，②进程
二、单项选择题
1.进程调度是从 （ ）选择一个进程投入运行。
（A）就绪队列 （B）等待队列
（C）作业后备队列 （D）提交队列
2.一个进程被唤醒，意味着 （ ）
（A）该进程重新占有了CPU （B）进程状态变为就绪
（C）它的优先权变为最大 （D）其PCB移至就绪队列的队首
3.进程和程序的本质区别是 （ ）
（A）存储在内存和外存 （B）顺序和非顺序执行机器指令
（C）分时使用和独占使用计算机资源 （D）动态和静态特征
4.某进程所要求的一次打印输出结束，该进程被 ① C，进程的状态将从 ②F
（A）阻塞 （B）执行
（C）唤醒 （D）运行状态到阻塞状态
（E）就绪到运行 （F）阻塞到就绪
5.一进程在某一时刻具有（ ）
（A）一种状态 （B）两种状态
（C）三种状态 （D）四种状态
6.进程从运行状态变为等待的原因可能是（ ）
（A）输入／输出事件发生 （B）时间片到
（C）输入／输出事件完成 （D）某个进程被唤醒
【解析】正在运行的进程如果要申请输入或输出，这时进程的状态将从运行变为等待，将CPU让出，等待输入或
输出完成。
7.进程创建原语的任务是（ ）
（A）为进程编制程序 （B）为进程建立PCB表
（C）为进程分配CPU （D）为进程分配所需的各种资源
8.进程被创建后即进入 （ ）排队
（A）阻塞队列 （B）就绪队列
（C）缓冲队列 （D）运行队列
【解析】进程创建后，按就绪队列的排列顺序插入其中，等待进程调度程序的调度。
9.多道系统环境下，操作系统分配资源是以（ ）为基本单位。
（A）作业 （B）指令
（C）程序 （D）进程
10.一个进程获得了除CPU以外的所需资源，则该进程可能处于（ ）状态
（A）运行 （B）就绪
（C）等待 （D） （B）和（C）
11.保护现场是指将现场信息保存至（ ）
(A)磁盘 (B)各相应的寄存器
(C)进程的PCB中 (D)内存系统区
三、多项选择题:
1．进程所具有的基本状态包括_________。
（A）后备状态 （B）运行状态
（C）完成状态 （D）就绪状态
（E）等待状态
2．进程所具有的基本特征包括_________。
（A）动态性 （B）顺序性
（C）并发性 （D）封闭性
（E）异步性
3．一个进程通常包括_________。
（A）程序 （B）作业说明书
（C）数据 （D）运行日志
（E）进程控制块（PCB）
4．运行状态的进程由于某种原因可能变为_________。
（A）就绪状态 （B）等待状态
（C）后备状态 （D）完成状态
（E）活跃状态
5． 进程调度算法中，可以设计成“可抢占式”的算法有_________。
（A）先来先服务调度算法 （B）优先数调度算法 （C）最高响应比优先
（D）时间片轮转调度算法 （E）最短作业优先
【解析】常用的进程调度算法有先来先服务、优先数、时间片轮转及多级调度等算法。而先来先服务调度算法是“非
抢占式”的；“优先数调度算法”可以是“非抢占式”的，也可以是“抢占式”的；“时间片轮转调度算法”是一种“抢
占式”的。算法“最高响应比优先”、“最短作业优先”适用于作业调度，而不适于进程调度。所以选择（B）、（D）。
6．从中断事件的性质来说，一般中断包括_________。
（A）硬件故障中断 （B）程序中断
（C）外部中断 （D）输入输出中断
（E）访管中断
7．在下列叙述中，正确的是_________。
（A）进程之间的状态变化，一定在PCB中反映出来
（B）当进程完成I/O后，进程的状态由等待变为运行
（C）中断屏蔽是不允许发生中断
（D）Ｏ.Ｓ的特征之一为并行性，所谓并行性是指多个进程同时处于运行状态
（E）中断屏蔽是暂时不响应中断
8．可以做为进程调度算法的有_________。
（A）先来先服务调度算法 （B）时间片轮转调度算法
（C）最高优先级调度算法 （D）响应比高者优先调度算法
（E）均衡调度算法
11．________可能会引起处理机从一个进程转到另一个进程。
（A）一个进程从运行状态变为等待状态
（B）一个进程从运行状态变为就绪状态
（C）一个就绪状态进程的优先级降低
（D）一个进程运行完成而撤离系统
（E）一个就绪状态进程的优先级升高
【解析】当一个就绪状态进程的优先级降低时，不会引起处理机从一个进程转到另一个进程。因此，不能选择C，其
它情况都可能引起处理机在不同进程之间的转换。所以，本题应该选择（A）、（B）、（D）、（E）。
四、是非判断题
1．进程之间的状态变化，一定在PCB中反映出来。（正确）
2．当进程完成I/O后，进程的状态由等待变为运行。（错误）
3．中断屏蔽是不允许发生中断。 （错误 ）
【解析】中断屏蔽期间允许发生中断，但暂时不响应。
4．Ｏ.Ｓ的特征之一为并行性，所谓并行性是指多个进程同时处于运行状态 （ 错误）
五、简答题
1．设有三个进程A，B，C,进程A和进程B各需要运行3毫秒的处理器时间，而进程C却要24毫秒的处理器时间，分别考虑当三个进程到达顺序为A，B，C时及C，B，A时，用先来先服务进行调度时各自的平均等待时间。
【解析】当三个进程到达顺序为A，B，C时，按照先来先服务的顺序，进程A先占用处理器，进程B需等待3毫秒后才能去占用处理器，进程C在等待6毫秒的时间后可以占用处理器。于是，它们的平均等待时间为（0＋3＋6）／3=3毫秒。如果进程是按 C,B,A的次序排入队列，则进程C先占用处理器运行24毫秒后才能让进程B占用，即进程B需等待24毫秒，而进程A在等了27毫秒后才可占用处理器，现在这三个进程的平均等待时间为（27＋24＋0）/3=17毫秒。 7可见当运行时间长的进程先就绪的话，先来先服务算法使系统效率受到影响。
2.引起“进程切换”的时机有哪些？
【解析】我们把处理机从一个进程转到另一个进程称为“进程切换”。引起“进程切换”的时机有以下几种情况：
（1）一个进程从运行状态变为等待状态。
（2）一个进程从运行状态变为就绪状态。
（3）一个进程从等待状态变为就绪状态。
（4）一个进程运行完成而撤离系统。
3.进程控制块（PCB）中应该包括哪些内容，其作用是什么？
【解析】进程控制块是用以记录进程有关信息的一块主存，其中登记着诸如：进程标识、进程状态、优先级、中断现场保
护区、所占资源等信息。它是由系统为每个进程分别建立的，并且在进程结束其生命期时由系统将相应的PCB撤消，
PCB是进程存在的标识。
4.进程在系统中有哪几种基本状态，状态如何发生变化？
【解析】通常一个进程至少有三种不同的状态：运行状态、就绪状态、等待状态。
（1）运行状态（Running）：当一个进程正在处理机上运行时，称其处于运行状态。
（2）就绪状态（Ready）：当一个进程具备了运行条件，一旦获得处理机即可运行，称此进程处于就绪状态。
（3）等待状态（Blocked）：当一个进程由于等待某事件的发生（如I/O完成）而不能运行时，称此进程处于等待状态。
5.进程具有哪些基本特征？
【解析】
（1）动态性：进程包含了程序及相应的数据集合，执行过程中其状态处于不断地变化。
（2）并发性：系统中各进程交替占用CPU，它们是并发执行的。
（3）异步性：各进程都以不可预知的速度向前推进。
-----------------以上为此次读书笔记，若有错误，欢迎指出--------------