OS复习笔记ch3-1

news2024/11/20 6:14:56

引言

学到第三章，就正式步入我们OS的大门了

本章我们将围绕以下几个问题去解决

什么是进程？
进程状态有哪些？
进程如何描述？
进程如何控制？

本节内容主要是回答前两个问题，第二节回答后两个问题。

进程

众所周知，硬件家族过于庞杂，以CPU为例，我们熟知的电脑端有Intel和AMD，当然手机有麒麟和骁龙等，各大厂商产品标准不一，差异很大。如果说，我们的程序开发要适配这么多的硬件，为每一种硬件开发一种应用可想而知得多难（从上而下）。

根据所学，我们都知道OS是操作和协调各种硬件，为上层应用提供服务的一个“大管家”。
于是，为了给上层应用提供服务的统一和便利，OS解决了硬件适配的问题。程序开发者就只需要向OS去申请和释放资源就可以实现对底层硬件的控制了。

我们换一个角度，从OS的视角来看，我为上层应用提供了统一的接口，但是程序成千上万，我不可能对每一种特定的程序开发一种管理模式（自下而上）。于是，OS引入了进程，它是对正在运行的程序过程的抽象，即不管是什么样的程序，只要是在OS下运行的程序过程统称为“进程”。

进程的定义

可并发执行的程序在某个数据集合的一次计算活动，是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。
从上面的定义可知，进程是OS资源分配和保护的基本单位。它为上层应用服务的时候，是以进程为基本单位的。一个程序往往对应着一个进程。

这样自然引入多进程，提高了对硬件资源的利用率，但又带来额外的空间和时间开销，增加了OS 的复杂性。

必要元素

一个进程至少要有程序代码和与之相关的数据集合组成。

程序代码（Program code）：有可能与其他执行同一个程序的进程共享，比如打开多个QQ.exe
与代码相关的数据集合（A set of data associated with that code）：包括进程向OS申请的各种资源，比如处理机

进程和程序

程序(Program)：是静态的，就是个存放在磁盘里的可执行文件，就是一系列的指令集合。
进程(Process)：是动态的，是程序的执行过程。

举个简单的例子，如果说我们打开了QQ，那么OS就会为QQ创建一个进程，如果说QQ需要传输文件，那么OS就会把文件和网络资源给到QQ对应的进程，至于QQ怎么使用这些资源那是另外一回事了。当我们打开多个QQ.exe（静态），需要登录多个账号的QQ时，此时OS就会为我们创建多个进程分别管理每一个QQ（动态）。

进程状态

两个基本状态

每个程序运行很难一气呵成的完成（同时有I/O，网络报文等），进程都是在OS的调度下交替进行，所以从这个角度来说，进程可分成两种状态。

Running运行状态：占用处理机资源；
Not-running未运行状态：等待进程调度分配处理机资源；
其中
dispatch ：从等待进程队列中选择一个进程(要求已完成I/O操作)，进入运行状态
pause：用完时间片或启动I/O操作后，放弃处理机，进入等待进程队列

进程由OS的分派程序分派到CPU，然后回到队列，反复直到任务完成
本质上就是不同进程的PCB（Process Control Block，即进程控制块）这个结构体在排队。

进程的创建和终止

如图所示，有四种创建和终止进程的方式，简单了解一下即可

三状态模型

有三个基本状态：就绪（Ready），阻塞（Blocked）和运行（Running）态，这三个状态是后面多状态模型的核心。
每个状态的含义及可能的状态转换如下：

运行状态（Running）：表示进程正在执行。进程在运行状态时，可能发生以下状态转换：
- 运行 → 就绪：当进程的时间片用完或被其他高优先级进程抢占时，进程从运行状态转换为就绪状态，等待下一次调度。
- 运行 → 阻塞：当进程需要等待某个事件（如输入/输出操作，读磁盘等）完成时，进程从运行状态转换为阻塞状态，暂时停止执行，直到事件完成。
就绪状态（Ready）：表示进程已准备好执行，但由于调度算法或其他原因尚未被分配到CPU执行。进程在就绪状态时，可能发生以下状态转换：
- 就绪 → 运行：当调度算法选择该进程并将其分配给CPU时，进程从就绪状态转换为运行状态，开始执行。
阻塞状态（Blocked）：表示进程由于某个事件的发生而无法继续执行，需要等待事件完成。进程在阻塞状态时，可能发生以下状态转换：
- 阻塞 → 就绪：当等待的事件完成时，进程从阻塞状态转换为就绪状态，等待下一次调度。