进程概念

2018-10-09 本文已影响0人啦啦哇哈哈

一、程序执行模型

所有程序：CPU执行指令+I/O操作

高电平工作低电平等待

而上面这样的模型显然效率太低，CPU有相当长的一段时间是在等待的，而如果让多个程序都装入内存中，CPU一闲下来就直接分配资源给需要的程序，像这样：

让CPU忙起来，别等待

这样大大提高了CPU的使用率。

有一个问题：
同样的程序运行，User不一样，怎么区分？就好像选课时候，大家都在选课，都登入了选课系统，但选课的人不一样，xjtu通过NetId来区分。所以在这里，程序这个概念显然是不足以拿来区分的。也就需要一个新的概念：进程（process）

二、进程概念

a program in execution
在执行中的程序。
这个概念是比较虚的，我们从三方面的维度去理解

这个进程在执行什么程序？
这个进程在处理什么数据？
状态？程序是静态的，待在文件系统里面。进程是动态的概念，有生命周期的。

这是个进程印象（image）的内存图的示例，进程中text就是程序代码，进程还通常包括stack（包含临时数据，局部变量，返回地址等）和data（包含全局比那里），还有heap（在进程运行期间动态分配的内存）。

三、进程状态

操作系统执行过程中，变换着状态：

new:进程被创建
running:进程的代码正在解释执行
waiting:进程等待某个事件发生
ready:进程准备就绪，等待分配一个CPU来解释执行
terminated:进程被终止执行

四、进程控制块 process control block

进程在操作系统内用PCB来表示，驻留在内存中，是进程对应的实体。PCB是一个很复杂的数据结构，很大，尽可能全面的表示了一个进程的各个信息，一般都会包含下列信息：

Program counter 程序计数器
表示进程要执行的下个指令的地址。进程切换、中断时候需要保存这个信息。
CPU registers CPU寄存器
包括累加器、索引寄存器、堆栈指针、通用寄存器和其他条件码信息寄存器。进程切换、中断时候需要保存这些信息。
CPU scheduling information CPU调度信息
包括进程优先级、调度队列的指针和其他调度参数。
Memory-management information 内存管理信息
包括基址和界限寄存器的值、页表或段表。
Accounting information 记账信息
包括CPU时间、实际使用时间、时间界限、作业或进程数量等等。
I/O status information I/O状态信息
包括分配给进程的I/O设备列表、打开的文件列表等等。

PCB

PCB作为这些信息的仓库。不同进程之间这些信息是不同的。

五、进程调度

多道程序Multiprogramming设计的目的是为了提高CPU的利用率，无论何时都有进程在运行，分时系统timesharing的目的则是为了在进程之间快速切换CPU以便用户在程序运行时候能与其进行交互。
它的实现的方法就是通过进程调度，进程调度选择一个可用进程到CPU上执行。单CPU系统不会有超过一个进程在CPU上运行，有多个进程时候，一个在CPU上运行，余下的就需要等待CPU空闲并重新调度。