进程（二）—— 控制与通信

1. 进程控制

进程控制的主要功能是对系统中所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。简单理解，进程控制就是实现进程状态的转换。

实现：通过原语（原语的执行具有原子性，要么全做要么全不做，可以通过两个特权指令——关中断指令和开中断指令来实现。CPU执行了关中断指令之后，就不再例行检查中断信号，直到执行开中断指令之后才恢复检查，这样，关中断和开中断之间的这些指令序列就是不可被中断的，这就实现了原子性）

2. 进程控制相关原语

2.1 创建原语（创建态就绪态）

• 申请空白PCB
• 为新进程分配所需资源
• 初始化PCB
• 将PCB插入就绪队列

2.2 撤销原语（就绪态/阻塞态/运行态终止态无）

• 从PCB集合中找到终止进程的PCB
• 若进程正在运行，则立即剥夺CPU，将CPU分配给其他进程
• 终止其所有子进程（进程间的关系是树形结构）
• 将该进程拥有的所有资源归还给父进程或OS
• 删除PCB

2.3 阻塞原语

• 找到要阻塞的进程对应的PCB
• 保护进程运行现场，将PCB状态信息设置为阻塞态，暂时停止进程的运行
• 将PCB插入相应的事件等待队列

2.4 唤醒原语

• 在事件等待队列中找到PCB
• 将PCB从等待队列中移除，设置进程为就绪态
• 将PCB插入就绪队列，等待被调度

2.5 切换原语

• 将运行环境存入PCB
• PCB移入相应队列
• 选择另一个进程执行，并更新其PCB
• 根据PCB恢复进程所需的运行环境

小结：无论哪个进程控制原语，要做的无非三类事情——更新PCB中的信息、将PCB插入合适的队列、分配或回收资源

3. 进程通信

顾名思义，就是进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间，但是进程之间的信息交换又是必须实现的，为此OS提供了三种方法，分别是：共享存储、消息传递、管道通信。

3.1 共享存储

两个进程被OS分配一个共享空间。不过两个进程对共享空间的访问必须是互斥的（通过OS提供的工具来实现），OS只负责提供共享空间和同步互斥工具

• 基于数据结构的共享：比如共享空间里只能存放一个固定长度的数组，这种方式速度慢，限制多，属于低级通信方式
• 基于存储区的共享：在内存中画出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都由进程控制，而不是OS，高级通信方式，速度更快

3.2 管道通信

• 管道是指用于连续读写进程的一个共享文件，其实就是在内存中开辟的一个大小固定的缓冲区。
• 管道只能采用半双工通信，某一段时间内只能实现单向传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道
• 各进程要互斥地访问管道，数据以字符流的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走之后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将被阻塞
• 如果没写满，就不允许读，如果没读空，就不允许写
• 数据一旦被读出，就从管道中被丢弃，这就意味着读进程最多只能有一个

3.3 消息传递

进程间的数据交换以格式化的消息（Message）为单位，进程通过操作系统提供的发送消息/接收消息两个原语进行数据交换

• 直接通信：消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列上
• 间接通信：消息要先发送到中间实体（信箱）中，因此也称信箱通信方式