进程控制块

第4章 抽象：进程 操作系统的最基本抽象：进程。它很简单地被视为一个正在运行的程序。 操作系统通过虚拟化（virtualizing）CPU 来提供几乎有无数个 CPU 可用的假象。通过让一个进程只运行一个 时间片，然后切换到其他进程，操作系统提供了存在多个虚拟 CPU 的假象。这就是时分共享（time sharing）CPU 技术，允许用户如愿运行多个并发进程。 上下文切换（context switch） ，让操作系统能够停止运行一个程序，并开始在给定的 CPU 上运行另一个程序。所有现代操作系统都采用了这种分时机制。 抽象：进程 操作系统为正在运行的程序提供的抽象，就是所谓的 进程（process） 。 进程的 机器状态（machine state） ：程序在运行时可以读取或更新的内容。 进程的机器状态组成： 内存：指令存在内存中。正在运行的程序读取和写入的数据也在内存中 寄存器：许多指令明确地读取或更新寄存器。它们对于执行该进程很重要。 一些非常特殊的寄存器： 程序计数器（Program Counter，PC） （有时称为指令指针，Instruction Pointer 或 IP）：告诉我们程序当前正在执行哪个指令； 栈指针（stack pointer） 和相关的 帧指针（frame pointer） ：用于管理函数参数栈、局部变量和返回地址。 进程API 创建（create）

异步性是指进程以不可预知的速度向前推进。内存中的每个进程何时执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进,每道程序总共需要多少时间才能完成等,都是不可预知的。 是程序并发执行时，程序之间的相互制约关系导致了并发程序这种“执行——暂停——执行”这种间断性的活动规律。 比如，当正在执行的进程提出某种资源请求时，如打印请求，而此时打印机正在为其他某进程打印，由于打印机属于临界资源，因此正在执行的进程必须等待，且放弃处理机，直到打印机空闲，并再次把处理机分配给该进程时，该进程方能继续执行。可见，由于资源等因素的限制，进程的执行通常都不是“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行。 异步性就是描述进程这种以不可预知的速度走走停停、何时开始何时暂停何时结束不可预知的性质。 也就是说，如果传统意义上的程序没有在操作系统中为之配备进程控制块（PCB），没有用它来描述进程基本情况和活动过程，进而控制和管理进程，这样就会使程序在并发执行的时候失去其封闭性，也失去了可再现性。 但是，如果操作系统采用了进程同步机制，虽然程序具有异步性（走走停停、以不可预知的速度前进），但仍能保证进程并发执行的结果是可再现的。 所以，只要在操作系统中配置有完善的进程同步机制，且运行环境相同，作业经多次运行都会获得完全相同的结果。因此，异步运行方式是允许的。 来源： CSDN 作者： 我不是臭弟弟 链接： https://blog

理论知识 操作系统背景知识 顾名思义，进程即正在执行的一个过程。进程是对正在运行程序的一个抽象。 进程的概念起源于操作系统，是操作系统最核心的概念，也是操作系统提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。操作系统的其他所有内容都是围绕进程的概念展开的。 所以想要真正了解进程，必须事先了解操作系统， 点击进入 PS：即使可以利用的cpu只有一个（早期的计算机确实如此），也能保证支持（伪）并发的能力。将一个单独的cpu变成多个虚拟的cpu（多道技术：时间多路复用和空间多路复用+硬件上支持隔离），没有进程的抽象，现代计算机将不复存在。 必备的理论基础： 一 操作系统的作用： 1：隐藏丑陋复杂的硬件接口，提供良好的抽象接口 2：管理、调度进程，并且将多个进程对硬件的竞争变得有序 二 多道技术： 1.产生背景：针对单核，实现并发 ps：现在的主机一般是多核，那么每个核都会利用多道技术 有4个cpu，运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞，会等到io结束再重新调度，且会被调度到4个cpu中的任意一个，具体由操作系统调度算法决定。 2.空间上的复用：如内存中同时有多道程序 3.时间上的复用：复用一个cpu的时间片 强调：遇到io切，占用cpu时间过长也切，核心在于切之前将进程的状态保存下来，这样才能保证下次切换回来时，能基于上次切走的位置继续运行 什么是进程 进程（Process

第二章、进程的描述与控制 2.1 前趋图和程序执行 2.1.1 前趋图 概念： 所谓前趋图：指一个有向无循环图（DAG）,它用于描述进程之间执行的先后顺序。 2.1.2 程序顺序执行 特征： 顺序性 封闭性：指程序在封闭的环境中运行，程序运行时独占全机资源，资源的状态只有本程序才能改变，程序一旦开始执行，其执行结果不受外界因素影响 可再现性：只要条件相同还会得到相同的执行结果。 2.1.3 程序并发执行 特征： 间断性 失去封闭性 不可在现性 2.2进程的描述 2.2.1 进程的定义和特征 定义 为了使程序并发执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制，人们引入了进程的概念。 为了使参与并发执行的每个程序都能独立运行，在操作系统中必须为之分配一个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。 因此进程的定义为： 由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成的进程实体。 比较典型的定义有： 进程是程序的一次执行 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动 进程是具有独立功能的程序在一个数据结合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程的特征 动态性 并发性 独立性 异步性 2.2.2 进程的基本状态以及转换 进程三种基本状态 由于多个进程在并发执行时共享系统资源

进程 目录 进程 1、简单介绍 2、进程的状态切换 3、PCB进程控制块 4、孤儿进程和僵尸进程 5、进程间通信方式 pipe FIFO通信 mmap 信号 6、守护进程（脱离终端） 1、简单介绍 通俗讲，编译好的二进制程序是程序，例如a.out；运行着的程序是进程。 程序员角度：运行一系列指令的过程 操作系统角度：分配系统资源的基本单位 区别：程序占用磁盘，不占用系统资源（内存占用系统资源，CPU、内核）；一个程序对应多个进程，一个进程对应一个程序；程序没有生存周期，进程有生存周期 2、进程的状态切换 3、PCB进程控制块 进程ID： 用于区别进程 进程的状态： 就绪、运行、挂起、终止 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器 描述虚拟地址空间的信息： 虚拟地址和物理地址的对于关系 描述控制终端的信息： 如xshell打开两个终端连接同一个linux主机，在两个终端中执行同一个程序，这个终端的信息都分别存在PCB中 当前工作目录 umask掩码： 保护文件创建和修改的权限 文件描述符 和信号相关的信息 用户id和组id 会话和进程组 进程可以使用的资源上限 使用命令ulimit -a可以查看 4、孤儿进程和僵尸进程 孤儿进程：父亲死了，子进程被init进程领养 僵尸进程：子进程死了，父进程没有回收子进程的资源（回收：杀死父亲，被init领养，由init进程负责回收） 5

　　一、进程状态 　　 　　1、R (TASK_RUNNING)，可执行状态 　　 　　2、S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态 　　 　　3、D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态 　　 　　4、T/t (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，暂停状态或跟踪状态 　　 　　5、Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出状态，进程成为僵尸进程 　　 　　6、X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)，退出状态，进程即将被销毁 　　 　　7、查看进程状态 　　 　　二、进程状态转换 　　 　　1、进程初始状态 　　 　　2、进程状态变迁 　　 　　三、进程调度 　　 　　四、参考 　　 　　一、进程状态↑ 　　 　　D：uninterruptible sleep (usually IO) 　　 　　R：running or runnable (on run queue) 　　 　　S：interruptible sleep (waiting for an event to complete) 　　 　　T：stopped by job control signal 　　 　　t：stopped by debugger during the tracing 　　 　　W：paging

进程实体 为什么需要进程 在没有操作系统的时候，计算机每次只能执行一个程序，计算机资源属于当前运行的程序。配置了操作系统后，引入了多道程序设计的概念，这样合理地隔离资源，运行环境，有效得提升资源利用率。 进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，进程作为程序独立运行的载体保障程序的正常执行。进程的存在使得操作系统资源的利用率大幅提升。 进程的实体 主存中的进程形态 标识符 标识符唯一标记一个进程，用于区别其他进程。常说的进程ID就是唯一的标识符。 状态 标记进程的进程状态，如：运行态 程序计数器 在CPU中也有类似的设备。 程序计数器指的是进程即将被执行的下一条指令的地址。 内存指针 内存指针是程序代码，进程数据等相关指针。 上下文数据 进程执行时处理器存储的数据 IO状态信息 被进程IO操作所占用的文件列表 记账信息 使用处理器时间，时钟数综合等 上述是进程中较为重要的一些概念，当然还有一些其他的概念。主存中的进程形态又可以分为四类。如下图： 进程控制块（PCB） 进程控制块是用于描述和控制进程运行的通用数据结构，记录进程当前状态和控制进程运行的全部信息，PCB使得进程是能够独立运行的基本单位。进程控制块是进程中较为重要的内容，是操作系统进行调度经常会被读取的信息，所以PCB是常驻内存的，存放在系统专门开辟的PCB区域内。 进程与线程 进程（Process）和线程（Thread

1.冯诺依曼体系   体系的构成 ：运算器，存储器(RAM 和 ROM)，控制器，输入设备，输出设备   思想 ：  1.数据和程序是以二进制代码的形式放在存储器中，存放的位置由地址指定，地址码也是二进制的。  2.控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器(指令地址计数器)控制指令执行。控制器具有判断能力，能根据计算结果选择不同的动作流程。 注意：  ;a 这里的存储器指的是内存  b 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)  c 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。  d 所有设备都只能直接和内存打交道。 2.操作系统  操作系统是一个软件，是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统 的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。   操作系统的构成  操作系统内核(进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理)，其他应用(函数库 ，shell程序等等)   系统调用 ： 操作系统提供的函数，称之为系统调用函数   库函数 ： 系统在功能调用的使用上，功能比较基础，对用户的要求相对比较高，然后一些有心的开发者(大佬们)

　　1、物理地址和逻辑地址 　　 物理地址：加载到内存地址寄存器中的地址，内存单元的真正地址。在前端总线上传输的内存地址都是物理内存地址，编号从0开始一直到可用物理内存的最高端。这些数字被北桥(Nortbridge chip)映射到实际的内存条上。物理地址是明确的、最终用在总线上的编号，不必转换，不必分页，也没有特权级检查(no translation, no paging, no privilege checks)。 　　逻辑地址：CPU所生成的地址。逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一。例如，你在进行C语言指针编程中，可以读取指针变量本身值(&操作)，实际上这个值就是逻辑地址，它是相对于你当前进程数据段的地址（偏移地址），不和绝对物理地址相干。 　　2、连续内存分配方案： 　　内存必须容纳操作系统和各种用户进程，因此必须尽可能有效得分配内存，在分配内存过程中，通常需要将多个进程放入内存中，前面提到过，我们需要每个进程的空间相互独立，而且我们必须保护每个进程的内存空间的独立性，如果不同的进程间需要通信，可以按照我们前面提到的通信方法进行通信，但是在此时，我们考虑内存空间独立性的实现。这就涉及到内存分配： 　　我们将整个内存区域多个固定大小的分区，每个分区容纳一个进程，当一个分区空闲时，可以将内存调入内存，等待执行，这是最简单的内存分配方案，但是这种方案存在很多问题

1.什么是进程 i：进程是程序的一次执行。 ii：进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 iii：进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 2.现代操作系统中的进程为何有多种状态？请列举几种常见的进程状态。 进程有三种基本状态（不同系统设置的进程状态数目不同） 就绪状态：一个进程已经具备执行条件，但由于无CPU暂时不能执行的状态 运行状态：进程占有CPU，并在CPU上执行 阻塞状态：指进程因等待某种事件的发生而暂时不能执行的状态 其他状态 新建状态：OS（操作系统）已完成为创建一进程所必要的工作 终止状态：程序终止后移入该状态 3.请画图描述进程基本状态的转换。 4.系统是如何管理进程的？ 系统管理进程一般由原语来实现。 5.我们要运行一个程序时，操作系统是如何为我们创建一个进程的？ i：申请空白PCB，赋予一个进程标识符 ii：为新进程分配资源 如内存 iii：初始化进程控制块 iv：为新进程插入就绪队列 6.现代操作系统为何需要同步机制？有哪些常见的进程同步机制？设计同步机制时需要遵循哪些准则？ 现代操作系统往往需要多个进程中发生的事件存在某种时序关系，需要互相合作，共同完成一项任务。 锁机制、信号量机制、管程机制 同步机制的准则 空闲让进：当无进程在互斥区时，任何有权使用互斥区的进程可进入 忙则等待