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【深入浅出-系统架构师】(12):操作系统基础知识——进程基础知识

mousycoder
2015-10-14 / 0 评论 / 0 点赞 / 63 阅读 / 3,677 字
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本文最后更新于 2022-01-20,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

概念

是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位。

进程分类(性质)

  1. 系统进程
    windows常见的有
  • dllhost.exe(DCOM DLL Host进程支持基于COM对象支持DLL以运行Windows程序)
  • kernel32.dll(Windows壳进程用于管理多线程、内存和资源)
  • mprexe.exe(Windows路由进程包括向适当的网络部分发出网络请求)
  • snmp.exe(Windows简单的网络协议代理(SNMP)用于监听和发送请求到适当的网络部分)
  • system(Microsoft Windows系统进程)
  • tcpsvcs.exe(TCP/IP Services Application支持透过TCP/IP连接局域网和Internet)
  1. 用户进程

  2. 父进程
    已创建一个或多个子进程的进程(Linux 中调用fork创建新进程的进程即为父进程)

  3. 子进程
    另一进程所创建的进程,子进程继承了对应的父进程的大部分属性,如文件描述符。在Unix中,子进程通常为系统调用fork的产物。在此情况下,子进程一开始就是父进程的副本,某一进程没有父进程,则可知该进程很可能由内核直接生成,进程ID为1的进程(即init进程)是在系统引导阶段由内核直接创建的。无父进程的进程,在对应的父进程结束执行后,进程就会变成孤儿进程,但之后会立即由init进程“收养”为其子进程。当某一子进程结束、中断或恢复执行时,内核会发送SIGCHLD信号予其父进程。在默认情况下,父进程会以SIG_IGN函数忽略之

进程的状态

三态模型

就绪,运行,阻塞

  • 就绪状态:当进程已分配到除CPU以外的所有必要的资源,只要获得处理机便可立即执行
  • 运行状态:进程已获得处理机,其程序正在处理机上执行
  • 阻塞状态:由于等待某个事件发生而无法执行时,便放弃处理机而处于阻塞状态(等待I/O完成、申请缓冲区不能满足、等待信件)

调度:时间片已经用完,让出处理器

五态模型

进程状态转化

进程的控制机构是由操作系统内核实现,具体是通过控制原语。

原语

若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程,不可分割性.即原语的执行必须是连续的。
原语必须在管态下(cpu的特权态,执行指令系统的全集)执行,指令可以在目态(cpu的用户态,不能使用特权指令,不能直接取用系统资源与改变机器状态,并且只允许用户程序访问自己的存储区域)执行

包含

  • 创建原语

实际系统中创建一个进程有两种方法:一是由操作系统建立,0#进程就是由操作系统建立的;二是由其他进程创建一个新的进程,创建进程原语总是先为新建进程申请一空白PCB,并为之分配唯一的数字表示符,使之获得PCB的内部名称,若该进程所对应的程序不在内存中,则应将它从外存储器调入内存,并将该进程有关信息填入PCB中,然后置该进程为就绪状态,并将它排入就绪队列和进程家族队列中,具体过程:1.从PCB集合种索取一个空白PCB,并获得该PCB的内部标识符i 2.把调用者提供的参数,以及从执行过程EP中获得的调用者内部标识j ,填入该PCB,设置记帐数据,置新进程为“静止就绪”状态 3.PCB分别插入就绪队列RQ和进程家族中

Procedure Create(n,S0,k0,M0,R0,acc)
begin
i:=get Internal Name(n);//获得内部名
i.id:=n;                //填外部名
i.Priority:=k0;         //填优先表
i.cpu state:=S0;        //填cpu初始状态
i.mainstore:=M0;        //填写主存区域
i.resource:=R0;         //填写资源清单
i.status:='Readys';     //填写进程状态
j:=EP;                  //获取调用者内部标识
i.Parent:=j;            //填入i进程的父进程j        
i.progeny:=null;        //i的家庭指针为空
j.progeny:=i;           //把i填入其父进程pcb中的家庭指针处
i.state:=RQ;            //i所在状态队列首指针
Insert(RQ,i);           //把i进程插入RQ队尾
continue;
end
  • 撤销原语

撤消进程的实质是撤消进程存在标志——进程控制块PCB。一旦PCB被撤消,进程就消亡了,撤消进程的实质是撤消进程存在标志——进程控制块PCB。一旦PCB被撤消,进程就消亡了。撤消原语的操作过程大致如下:以调用者提供的标志符n为索引,从该进程所在的队列,将它从该队列中消去,并撤消属于该进程的一切“子孙进程”,若有父进程则从父进程PCB中删除指向该进程的指针,并释放撤消进程所占用的全部资源,或则将其归还给其父进程,或则归还给系统。若被撤消的进程处于执行状态,应立即中断该进程的执行,并设置调度标志为真,以指示该进程被撤消后系统应重新调度,撤销原语在撤销指定进程的同时也应该撤销所指示的子孙进程, 所以用kill()递归算法撤销子孙进程。引起进程终止事件可分三类:正常结束、异常结束、外界干预。

Procedure  destroy(n)
Begin
Sched:=false;
i:=getinternal name(n);//获取n进程的内部名
kill(i);
if sched then scheduler else continue;//假如Schde为真,则转调度程序,否则继续
end 
procedure kill(i)
begin
if i.stata(i)=”executing” then
begin stop(i);
sched:=true  end;
remove (i.stata,i);               //将被撤消进程从i.state所指示的队列中除去
for all S∈i.progeny do kill(s);
for all r∈(i.main store ∪i.resources) do
if owned(r) then insert (r.semaphore,r.date);//属于父进程的资源归还且插入父进程资源清单
for all ∈created resources(i) do remove descriptor (R);//撤消自己的资源清单归还系统
remove process control block (i);
end
  • 阻塞原语

阻塞原语的大致工作过程如下:开始时,进程正处于执行状态,因此首先应中断CPU执行,并保存该进程的CPU现场,然后把阻塞状态赋予该进程,并将它插入到具有相同实体的阻塞队列中,引起阻塞和唤醒的事件可分四类:一、请求系统服务。二、启动某种操作(同步由int将该进程唤醒)三、新数据尚未到达时。四、无新工作可做。

Procedure  block
Begin
i:=EP;      //从执行进程EP获得调用者内部标识符
stop(i);
i.status:=”blockda”; i.stata=WQ(r);//填写阻塞队列指针
insert(WQ(r),i); //把i插入WQ队尾
scheduler        //转调度程序
end
  • 唤醒原语

进程因为等待事件的发生而处于阻塞状态,当等待的事件完成后,进程又具有了继续执行的条件,这时就要把该进程从阻塞状态转变为就绪状态。这个工作由唤醒原语来完成。唤醒原语执行的操作有:先把被唤醒进程从阻塞队列中移出,设置该进程当前状态为就绪状态,然后再将该进程插入到就绪队列中。

Procedure wakeup(n)
Begin
i :=getinternal name(n);
remove (WQ(r),i);    //把i进程从等待r而受阻塞队列中摘除
i.status:=”ready”; //置i进程为“就绪”状态
i.sdata:=RQ;         //把i进程插入到就绪队列
insert(RQ,i);
continue
end
  • 挂起原语

让某些进程暂时不参与资源竞争,挂起的方式有三类:一、把挂起原语调用者本身挂起,即自己挂起自己。二、挂起某个标识符的进程。三、将某个指定的标志符及其全部或部分子孙挂起用的保存n进程的pcb副本的内存区。

Procedure suspend(n,a)
Begin
i:=getinternal name(n);
s:=i.status;
if s=”executing” then stop(i);
a:=copy PCB(i);
i.status:=if s=”blockeda” then “blockeds” else readys;
if s=”executing” then scheduler else continue;
end
  • 激活原语

激活指定标志符的进程或激活某进程及其子孙进程

Procedure  active(n)
Begin
i:=getinternal name(n)
i.status:=if i.status=”readys” then “readya” else blockeda;
if i.status=”readys” then scheduler;//当激活后的进程处于“readys”状态针,将引起重新调度
else continue
end

分类

  • 请求(Req)型

高层向低层请求某种业务

  • 证实(Cfm)型

提供业务的层证实某个动作已经完成

  • 指示(Ind)型

提供业务的层向高层报告一个与特定业务相关的动作

  • 响应(Res)型

用于应答,表示来自高层的指示原语已收到

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