进程操作

一、进程创建

进程树

父进程创建若干子进程，子进程再创建其子进程，依次类推，构成进程树。进程的调度，其实就是在进程树上进行各种调度。
创建的过程，就是：

• 分配内存空间；
• 给个PID，进程标志符，一个整数值；
• 配置PCB里面各个单元，申请的设备啊，打开的文件啊，用到的某些软件变量啊等等
• 挂到对应的队列里面去。
  前两步都比较好理解，2就是有个类似PID分配器的东西。那么最后一步PCB数据结构中的内容从哪里来？我们把这部分内容叫做资源(CPU时间、内存、文件、I/O设备)

子进程的资源

获取资源有不同的方式：

• 子进程共享父进程的所有资源（duplicate一个数据结构，内容一样但在不同位置，不是常规意义的共享，copy）这是比较流行的一种做法
• 子进程共享父进程的部分资源
• 子进程不从父进程共享资源，重新独立申请（只带了一个名号是子进程，也有PID，然后利用这个名号自己去申请独立的资源，申请之后它就是一个独立个体了）

一个简单的例子
除了各种物理和逻辑资源外，初始化数据（或输入）一般由父进程传递给子进程。一个进程，功能是在终端屏幕上面显示文件（如img.jpg）的状态。创建时，作为它的父进程的输入，会得到文件img.jpg的名称，并能用此名称打开文件，以及写出内容，得到输出设备的名称等等。

执行代码的顺序

创建新进程时候，有两种执行可能：

• 父进程和子进程并发执行
• 父进程等待，直到某个或者全部子进程执行完毕（下面这个unix就是这样）

新进程的地址空间

有两种可能：

• 子进程是父进程的复制品，具有相同的程序和数据
• 子进程装入另一个新程序

Unix环境创建子进程

• fork系统调用创建一个新的子进程（fork是创建新进程的系统调用）

• fork之后，exec系统调用装入一个新程序

  
  
  

  fork完成的一刹那，返回到用户态就完成了创建子进程，子进程和父进程相互独立，而且一模一样，是duplication。唯一不同的是pid，父亲的pid和子的pid不一样。对于父进程fork返回值为子进程的进程标识符，正整数，而对于子进程，fork的返回值为0.

  
  

这里的代码就是上面那张流程图的具体实现。子进程调用的execlp是exec()的一个版本，也是系统调用，这里用UNIX命令/bin/ls（列出目录清单）来覆盖其地址空间。而父进程则是调用wait()交出CPU，来等待子进程的完成，并最后exit退出。

关于fork的补充：
fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值；
在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。
几乎是完全的复制除了pid，所以子进程的program counter也会和父进程一样，什么意思呢？子进程的执行代码是从fork那句开始的。

二、进程终止

进程终止语义

有两个语义

• 1.子进程执行完最后一条指令后，要求操作系统将自己杀掉（exit）
  • 子进程把传递数据给父进程
  • 子进程资源被操作系统回收
• 2.父进程终止子进程的执行（abort），终止原因可能有：
  • 子进程超额使用系统资源
  • 之前交给子进程执行的任务，过期无效了
  • 如果父进程终止了，它的子进程怎么办？有些操作系统就会把这些子进程全部终止掉。

三、进程间合作

进程都是独立的，有独立的代码，独立的资源申请，独立的运行工作。独立进程不影响其它进程的执行，也不被影响。但是完完全全独立，很多进程干不了任何事情。合作进程影响其它进程，或者受其影响。
进程间合作是必须的，好处有：

• 共享信息
• 加速（计算）执行任务
• 模块化
• 方便调用
  等等......
  进程及那合作的模式有两种基本模式：共享内存和消息传递。

共享内存系统

经典案例：生产者-消费者问题

对于Bounded Buffer，缓冲区空了，消费者进程去消费什么？显然要等待啊，而缓冲区满了，生产者还往哪生产？继续生产就撑死了。这就是典型的进程间合作的案例，他们之间相互协作，用两个指针来判断是空了还是满了，参见P87有代码。

Interprocess Communication(IPC)进程间通信

IPC提供一套进程通信、进程同步的机制，消息系统是进程间相互通信的途径。

• 两个基本的进程操作
  • send(message）
  • receive(message)
• 变种 Direct Communication 直接指定了消息的接收方或者发送方
  • send(P,message)——直接发消息给进程P
  • receive(Q,message)——直接接受来自进程Q的消息
• 变种 indirect Communication 没有指出发给谁，接受谁，e-mail server打开邮箱系统客户端会看到具体的发送和接收方的
  • send(A,message)——发送消息给邮件服务器A
  • receive(A,message)——从邮件服务器A接收消息

同步通信和异步通信

• 同步通信
  • 发送操作send：发送进程等待，直至接收进程确认收到消息
  • 接收操作receive：接收进程等待，直至有个消息到达
• 异步通信
  • 发送操作send：发送进程发出消息后即返回，继续进行其他操作
  • 接收操作receive：接收进程执行一次接收动作，要么收到一条有效消息，要么收到空消息。