操作系统学习笔记（三）－－进程（上）

笔记一请见 http://blog.csdn.net/u012277682/article/details/50971514

笔记二请见 http://blog.csdn.net/u012592313/article/details/50978072

最近开始学习操作系统原理这门课程，特将学习笔记整理成技术博客的形式发表，希望能给大家的操作系统学习带来帮助。同时盼望大家能对文章评论，大家一起多多交流，共同进步！

本篇文章大致内容为：

• 进程概念(Process Concept)
• 进程调度(Process Scheduling)
• 进程操作(Operatios on Processes)
• 进程间协同(Cooperating Processes)
• 进程间通信(Interprocess Communication)

进程概念：程序的执行称为进程 －－ a program in execution

具体定义： 进程是具有独立功能的程序，关于某个数据集合的一次运行过程。

进程与程序区别(Comparison of Process & Program)：

1. 程序是静态的，是一组代码的集合；进程是动态的，具有其声明周期。
2. 进程具有生命周期（创建、存活，撤销）；程序的存在是永久的。
3. 进程＝程序＋数据＋PCB(process control block,进程控制块)。
4. 一个程序可以对应多个进程。
5. 一个进程可以包含多个程序。

一个进程包含了：

1. Program counter & register;
2. Stach -contains temporary data(function parameters, return address, local variables);
3. Data section（数据段） - global variables;
4. Heap（堆） - memory dynamically allocated at runtime.

进程的状态　　三个基本状态:ready, waiting, running　　两个临时状态:new, terminated 　　

下图为进程之间的状态切换机制

进程控制块(PCB, process control block)

功能：

• • Process state　　进程状况
  • Program count　　程序计数器
  • CPU register　　上次进程中断时CPU内寄存器的值
  • CPU scheduling information　　
  • Memory-management information
  • Accounting information
  • I/O status informatios

PCB时有结构的存储器，其位于操作系统区，包含系统执行的所有信息； 系统通过PCB感知进程， PCB是进程存在的唯一标识！！！

分割线

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2016.3.27 更新

进程调度(Process Stable)

调度队列分三种：

1. 作业队列(Job queue)：批处理系统才有，系统中进程的集合（后备队列），还未经过高级调度-->未进内存
2. 就绪队列(Ready queue)：已被高级调度，进入内存，等待执行
3. 设备队列(Device queue)：等待输入输出设备的集合

进程在不同的队列中转移(Processes migrate among the various queues)

调度分类：

1. 长程调度(Long-term scheduler, or job scheduler) high-level

• 从后备队列中选择满足调度算法条件的作业创建PCB分配内存，放入就绪队列中
• 从磁盘到内存
• 调度频度低

　　2. 短程调度(Short-term scheduler, or CPU scheduler) low-level

• 从就绪队列中选择进程放在CPU上执行
• 调度频繁

　　3. 中程调度：某些长时间不需CPU执行的进程，将一部分从内存移动到磁盘中，只留下一部分在内存中。

短程调度很频繁(milliseconds)，长程调度不频繁(seconds, minutes)。

长程调度控制了多道调度的道数。

进程可分为：

1. I/O型进程（输入输出型，I/O-bound process），在输入输出上花费更多时间
2. CPU型进程（CPU-bound process），在CPU上花费更多时间

意义：进行高级调度时两类进程搭配选择。

上下文切换(Context Switch)：中断现场的保存和恢复，在Unix中被称作上下文切换

• save the state of the old process
• load the saved state for the new process 

上下文切换的时间被称为系统消耗(overhead)

进程创建(Process Creation)

父进程创建子进程

　　－可依次创建

　　－形成一棵树（进程树），进程树反映了进程与进程之间的创建与被创建的关系

注：前驱图,DAG,directed acyclic graph，有向无环图，反映了进程间执行次序的关系 http://baike.baidu.com/view/1990000.htm

三种类型的资源共享：

　　1. 父进程与子进程共享所有资源

　　2. 子进程共享父进程的资源子集（大部分系统采用）

　　3. 父进程与子进程之间不共享任何资源

执行：

　　1. 父进程与子进程之间并发进行 concurrently

　　2. 父进程等待子进程执行结束后执行

地址空间分配：

　　1. 子进程复制父进程的地址空间（相当于共享的一部分资源）

　　2. 子进程将与父进程不同的程序装入自己的地址空间（相当于自己保留的一部分资源）

下图为父进程创建子进程后等待子进程执行完毕再执行的流程图：