进程控制

1、进程控制

1.1 进程的创建

​ 进程控制是进程管理中最基本的功能，它用于创建和撤消进程，并对进程在整个生命周期中各种状态之间的转换进行有效控制。
​ 进程控制是由操作系统的内核通过原语来实现的。
​ 原语：系统状态下执行的某些具有特定功能的程序段称为原语。 (原语的执行具有原子性，执行时不可分割)。

进程的控制主要包括：
创建进程、阻塞进程、唤醒进程、挂起进程、激活进程、终止进程、撤销进程等

1.1.1进程图（Process Graph）：

用于描述一个进程的家族关系的有向树。

• 子进程可以继承父进程的所有资源，当子进程被撤消时，应将从父进程那里获得的资源归还给父进程。
• 撤消父进程时也必须同时撤消其所有的子进程。

1.1.2 引起创建进程的原因

1） 用户登陆

2）作业调度

3）提供服务：由系统内核创建新进程

4）应用请求：由请求的应用程序自行创建新进程

1.1.3 进程创建的过程（Creation of Progress）

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

创建新进程通过进程创建原语creat（）来完成。
进程创建原语的主要任务是进程创建控制块 PCB。

1.2 进程的终止

• 终止事由：

  • 正常结束

  • 异常结束

    如Protect error、overtime等

  • 外界的干预

    • 系统员kill进程；
    • 父进程终止
    • 父进程请求

• 终止流程

  OS通过调用进程终止原语完成进程的终止。

  1. 第一步：根据被终止进程的标识符，从PCB集合中查找对应进程控制块并读出该进程的状态；
  2. 第二步：若进程还有子孙进程，应将其所有子孙进程终止，以防它们成为不可控制的。
  3. 第三步：将进程所占有的全部资源释放（还给父进程或系统），释放进程控制块（若该进程为执行态，要进行进程调度）。
  4. 第四步：将被终止进程（它的PCB）从所在队列（或链表）中移出，等待其他程序来收集相关信息。
  5. 第五步：若被终止进程正处于执行状态，则终止该进程的执行，并设置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度，选择一新进程，把处理机分配给它。

  进程终止的具体原因

  • 正常结束
  • 超时终止，终止时间超过预计时间
  • 内存不足，无法为进程分配所需的内存空间
  • 越界访问
  • 企图使用未允许使用的数据，或操作方式错
  • 计算错，如除零，或企图存储硬件允许的最大数
  • 超时等待某事件发生。
  • I/O失败，如找不到文件或多次重试仍无法读写文件，或无效操作。
  • 无效指令，企图执行不存在的指令。
  • 特权指令，企图执行特权指令
  • 数据类型不符，或未初始化。
  • 操作员或OS干预，如发生死锁的时候
  • 父进程终止
  • 父进程请求

进程的终止过程：

1. 查找对应的PCB
2. 终止该进程及子孙进程
3. 释放资源
4. 释放PCB

终止原语流程图

通过进程终止原语来终止进程。
终止进程的实质是收回 PCB。

1.3 进程的阻塞与唤醒

1.3.1 进程的阻塞

​ 当正在执行的进程需要等待某种事件的完成或本身无新工作可做时，应调用阻塞原语将自己从执行状态转换成阻塞状态。
​ 进程阻塞是进程的一种主动行为。通过阻塞原语block（）来完成。

引发的事件

• 请求系统服务得不到满足时：如问系统请求打印。
• 启动某种操作而需同步时：如该操作和请求该操作的进程需同步运行（即非异步操作）。
• 新数据尚未到达：如进程A写，进程B读，则A未写完，B不能读。
• 无新工作可做

阻塞具体的操作过程：

（1）停止进程的执行
（2）将其状态改为阻塞状态
（3）把它的 PCB 插入相应的阻塞（等待）队列
（4）转调度程序进行重新调度。

阻塞原语流程图

1.3.2 进程的唤醒

​ 当阻塞进程所等待的事件完成时，应调用唤醒原语将该进程的状态从阻塞状态转换成就绪状态。通过唤醒原语wakeup（）来完成。

​ 处于阻塞状态的进程是绝不可能叫醒自己的，必须由它的合作进程用唤醒原语唤醒它。

唤醒具体的操作过程：

1）在等待队列中移出该进程的PCB

2）将其置成就绪状态

3）把它插入就绪队列

1.4 进程的挂起与激活

1.4.1 进程的挂起

​ 当出现了引起进程挂起的事件时，用户请求将自己挂起，或者父进程请求挂起自己的子进程。
​ 系统通过挂起原语suspend（）将指定进程挂起。

挂起具体的执行过程：

​ （1）检查被挂起进程的状态，如果处于活动就绪状态，就将它改为静止就绪；如果处于活动阻塞，则改为静止阻塞。
​ （2）将 PCB 复制到指定的内存区域供用户或父进程考查。若挂起前进程正在执行，则转调度程序重新进行进程调度。

1.4.2 进程的激活

​ 当发生激活事件后，系统利用激活原语Active( )将指定进程激活。
​ 激活具体的操作过程是：
​ (1)若进程处于静止阻塞状态，则将它转换成活动阻塞状态，否则将它转换成活动就绪状态。
​ (2)若进程转换成活动就绪状态，而系统又采用抢占调度策略，则应检查该进程是否有权抢占 CPU，若有则应进行进程调度。

1.5 进程切换

• 时钟中断
• I/O中断
• 内存访问出错
• 陷阱

步骤：

• 保护进程A的现场
• 恢复进程B的现场