《操作系统》OS学习（十）：进程控制

进程切换（上下文切换）：

定义：暂停当前运行进程，从运行状态变成其他状态，调度另一个进程从就绪状态变成运行状态
要求：切换前，保存进程上下文；切换后，恢复进程上下文；快速切换
进程存储的生命周期的信息：寄存器（PC，SP，...）；CPU状态；内存地址空间

进程控制块PCB：内核的进程状态记录

内核为每个进程维护了对应的进程控制块PCB
内核将相同状态的进程的PCB放置在同一队列

进程控制块结构：

进程标识信息
进程状态信息
进程占用的资源（存储资源、内核堆栈等）
保护现场用的内容
当前进程在哪个队列

其中内存地址空间结构中会包含：有哪些内存块及地址空间，第一级页表起始地址，置换相关结构

进程创建：

Windows进程创建API：CreateProcess
Unix进程创建系统调用：fork/exec。fork()把一个进程复制成两个进程，父子进程有各自的PID；接下来的exec()用新程序来重写当前进程，PID不改变。

空闲进程创建

当用户代码执行完之后，系统将在空闲进程中执行。

第一个内核线程的创建：

fork()的开销：

对子进程分配内存
复制父进程的内存和CPU寄存器到子进程里
开销昂贵

99%调用fork是为了接下来调用exec，考虑到fork()操作中内存复制是没有作用的，子进程可能会关闭打开的文件和连接，因此考虑将其合并到一个调用中，于是出现了vfork()。

vfork()：

创建进程时，不再创建一个同样的内存映像，而是当调用exec()时才开始复制，而要被覆盖或者关闭的资源不再进行复制
一些时候称为轻量级fork()
子进程应该几乎立刻调用exec()
现在使用Copy on Write（COW）技术

进程加载exec

exec调用成功时：是相同的进程，运行了不同的程序
exec（）允许一个进程加载一个不同段程序,并在MAIN执行，（_start）
允许一个进程指定参数的数量argc和字符串参数数字argv
允许进程指定不同的控制流，OS中可指定不同的应用程序，即调用成功=相同进程，运行的是不同的程序!
Code(代码段)stack(堆栈)heap(堆)等完全重写

进程等待与退出：

父进程等待子进程：

1. wait()系统调用用于父进程等待子进程的结束

子进程结束时通过exit()向父进程返回一个值
父进程通过wait()接受并处理返回值

2. wait()系统调用的功能

有子进程存活时，父进程进入等待状态，等待子进程的返回结果。当某子进程调用exit()时，唤醒父进程，将exit()返回值作为父进程中wait的返回值
有子进程调用exit()而父进程还未调用wait()处理时，子进程被称为僵尸进程。如果此时父进程调用wait()则直接处理并返回
无子进程或无子进程存活时，wait()也是立刻返回

3. exit()用于进程的有序终止

进程结束执行时调用exit()，完成进程资源回收。

4. exit()系统调用的功能

将调用参数作为进程的结果返回
关闭所有打开的文件等占用资源
释放内存
释放大部分进程相关的内核数据结构
检查是否父进程是存活的：如果父进程存活，保留结果的值直到父进程用wait()处理，进入僵尸状态；如果父进程不存活，则子进程为孤儿进程，直接释放所有数据结果，进程结束
清理所有等待的僵尸进程

其他进程控制系统调用

优先级控制：nice()指定进程的初始优先级；unix系统中进程优先级会随执行时间而衰落
进程调试支持：ptrace()允许一哥进程控制另一个进程的执行；设置断点和查看寄存器
定时：sleep()可以让进程在定时器的等待队列中等待指定。

为什么要让父进程等？而不是直接结束?

当进程执行完毕退出后，几乎所有资源都回收到OS中。但有个资源很难回收，就是PCB，PCB是代表进程存在的唯一标识，OS要依据PCB执行回收。这个功能由父进程完成。

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