计算机操作系统（7）：进程的基本概念

2.1 进程的基本概念

程序的顺序执行及其特征
程序的并发执行及其特征
进程的特征与状态
进程控制块

2.1.1 程序的顺序执行及其特征

顺序执行包含两层含义：

在单道批处理系统中，对于多个用户程序来说，所有程序是依次执行的。(外部顺序性)
对于一个程序来说，在若干个程序段之间，必须按照某种先后次序顺序执行；对同一个程序段中的多条指令，也是按某种顺序执行的。(内部顺序性)

程序的顺序执行主要是指第一种，即各个程序依次执行

程序顺序执行的特征

2.1.3 程序的并发执行及其特征

程序的并发执行包括两层含义

对于一个程序来说，它的所有指令是按序执行的。（内部顺序性）
对于多个执行中的程序(进程)来说，所有进程是交叉执行的。(外部并发性)

程序并发执行的特征

3）不可再现性——与时间有关的错误

2.1.4 进程的特征与状态

1．进程的定义和特征

进程是程序在一个数据集上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 (传统OS中对进程的定义)

进程的特征

结构特征

程序段、相关的数据段、PCB三部分构成了进程实体。

动态性

进程的实质是进程实体的一次执行过程，故动态性是进程的最基本特征

并发性

这是指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行

独立性

在传统的OS中，独立性是指进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。

异步性

是指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，或说进程实体按异步方式运行。

2. 进程的三种基本状态

1）就绪（Ready）状态：

当进程已分配到除CPU以外的所有资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。

2）执行（Running）状态:

进程已获得CPU，其程序正在执行

3）阻塞（Blocked）状态:

正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态（或等待状态）。

进程的三种基本状态的转换：

引起进程状态转换的典型事件：

进程调度：就绪态®执行态

时间片完：执行态®就绪态

请求I/O：执行态®阻塞态

I/O完成：阻塞态®就绪态

挂起状态：

引入挂起状态的原因：

具有挂起状态系统的进程状态的转换

2.1.5 进程控制块（PCB）

为了描述和控制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块。

进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构

PCB作用

使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发进程进行控制和管理的。

例如：进程调度；现场保护和恢复；进程同步和通信。

2．进程控制块中的信息

PCB中记录了操作系统所需的、用于描述进程当前情况以及控制进程运行的全部信息。具体包括下述四方面的信息：

进程标识符

内部标识符(进程号)；外部标识符(名)；

父进程标识及子进程标识；用户标识

处理机状态

处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中的内容组成的。寄存器包括：通用寄存器、指令计数器、程序状态字（PSW）寄存器、用户栈指针。(保护、恢复现场)

当处理机被中断时，这些信息都必须保存到PCB中，以便该进程重新执行时，能从断点继续执行。

3）进程调度信息：

在PCB中还存放一些与进程调度和进程对换有关的信息。包括：

进程状态——作为调度和对换时的依据。
进程优先级——由于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程优先获得处理机。
进程调度所需的其它信息——它们与所采用的进程调度算法有关。……
事件——即阻塞原因。

进程控制信息

程序和数据的地址——指程序和数据所在的内存或外存首地址；

进程同步和通信机制——如信号量、消息队列指针等，它们可能全部或部分地存放在PCB中；

资源清单——是一张列出了除CPU外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单；

链接指针——它给出本进程（PCB）所在队列中下一个进程的PCB的首址。

3．进程控制块的组织方式

常用的组织方式有两种：链接方式和索引方式

2）索引方式:

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