一、进程的引入

（1）程序的顺序执行:
P1:a=x+y
P2:b=a-5
P3:c=b+1
程序总是按照P1→P2→P3的顺序执行。
特点：

• 顺序性：处理机的操作严格按规定顺序执行。
• 封闭性：程序执行时，独占系统资源。
• 可再现性：当初始条件相同时，程序多次执行的结果相同。

（2）程序的并发执行
P1:a=5
P2:b=6
P3:c=a+b
P4:d=c+1
程序按照P1/P2→P3→P4的顺序执行。
特点：

• 间断性：程序在并发执行时，形成了相互制约关系。相互制约将导致并发程序具有“执行—暂停—执行”这种间断性的活动规律。
• 失去封闭性：系统中的资源供多个程序共享，致使程序的运行失去了封闭性。
• 失去可再现性。

（3）程序并发执行的条件Bernstein
Bernstein条件：
读集：R(Pi)={a1,a2,…,am} 程序Pi执行期间参考的变量集合。
写集：W(Pi)={b1,b2,…,bm} 程序Pi执行期间改变的变量集合。
两个进程P1，P2若满足：R(P1)∩W(P2)∪R(P2)∩W(P1)∪W(P1)∩W(P2)={}则P1，P2并发执行，且具有可再现性。

例如:
P1:a=5
P2:b=6
P3:c=a+b
P4:d=c+1
P1、P2可以并发执行吗？P3、P4可以并发执行呢？
解：
P1:a=5
P2:b=6
R(P1)={}   W(P1)={a}    → R读取右边的变量；W读取左边的变量，没有变量则为空集
R(P2)={}   W(P2)={b}
R(P1) ∩W(P2)={}   R(P2) ∩W(P1)={}  W(P1) ∩W(P2)={}
R(P1)∩W(P2)∪R(P2)∩W(P1)∪W(P1)∩W(P2)={}
P1、P2可以并发执行。

P3:c=a+b
P4:d=c+1
R(P3)={a,b}   W(P3)={c}
R(P4)={c}    W(P4)={d}
R(P3) ∩W(P4)={}
R(P4) ∩W(P3)={c}
R(P3) ∩W(P4) ∪R(P4) ∩W(P3)∪W(P3)∩W(P4) ={c}
P3、P4不能并发执行。
（4）进程的定义
进程：可并发执行的程序在一个数据集合上的执行过程（实质）。
进程与程序的关系：

进程	程序
动态的	静态的
并发的	顺序的
暂时的	永久的

数据结构=程序+数据+PCB
程序与进程不是一一对应关系。

二、进程的状态及组成

（1）三种基本状态

• 运行态：进程正在处理机上运行的状态。
• 就绪态：进程已获得了除处理机之外的所有必要资源，只要获得处理机就可以运行的状态。
• 阻塞状态：进程由于等待输入输出操作或某个同步事件而暂停运行时，就处于阻塞状态。
  

状态转化	说明
就绪态→运行态	处于就绪态的进程具备了运行条件，但未能获得处理机而没有运行
运行态→就绪态	正在运行的进程由于规定的时间片用完而暂停执行
运行态→阻塞态	正在运行的进程可能需要等待某些资源（例如进程请求I/O、等待某个事件或请求访问某个临界资源）
阻塞态→就绪态	获得所等待的条件和资源，具备了运行条件

注意：没有阻塞态→运行态和就绪态→阻塞态

(2)五种状态的状态转换图

（3）进程的挂起状态
挂起状态的作用：

• 内外存对换的需要：为了缓解内存的紧张，我们可以将处于阻塞状态的作业调到外存。
• 用户调试程序的需要：用户需要调试修改自己的程序时，需要把进程调入到挂起状态。
• 实时系统中调节负载的需要
  
  （4）进程控制块（PCB）
  进程通常有程序段、数据段、栈栈和PCB四部分构成，进程控制块是进程存在的唯一的标识。
  PCB的作用：就是使程序能成为独立运行的单位，并可和其他进程并发执行。
  进程控制块PCB的内容：

进程描述信息	说明
进程名	创建者提供的名字
进程标识符	区分每一个进程（系统通常为进程分配一个唯一的整数）
用户名	创建该进程用户的名字

处理机状态信息	说明
通用寄存器	当进程运行时用于暂存信息的
指令计数器	存放要访问的下一条指令
程序状态字（PSW）寄存器	包括程序执行的状态信息，如执行方式，中断允许位
栈指针	每个程序都有一个或多个与之相关的地址栈

进程调度信息	说明
进程状态	指明该进程所处的状态
进程优先级	表示进程的优先级，优先级高的先获得处理机
运行统计信息	这些信息与采用的调度算法有关，包括进程执行的时间，等待的时间
进程阻塞的原因	记录进程阻塞的原因

进程控制和资源占有量信息	说明
程序入口地址	进程对应程序和数据的内存地址
程序的外存地址	进程被调出使用的地址
进程同步及通信机制	进程在执行中，可能与其他进程有同步关系，进程的信号量都有存放在PCB中
资源占有信息	列出了除CPU之外进程所需要的全部资源及已经占用的资源情况
链接指针	本进程所在队列的下一个进程的PCB的地址

三、进程控制

操作系统的内核：
核心态：具有较高的特权，能执行一切命令，访问所有寄存器和存储区。
用户态：具有较低特权，只能执行规定的命令，访问指定的寄存器和存储区。
内核：

• 硬件的第一次延伸。
• 系统将一些与硬件紧密相关的模块放在内核，中断处理，时钟管理
• 内核在执行某些基本操作时，往往是利用原语操作实现的。

原语：

• 原语由若干条指令构成、用于完成一定功能的过程。
• 原语是“原子操作”。即一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做。换言之，原子操作是一个不可分割的操作。

进程创建：
进程创建的事件：用户登录；新作业进入系统；提供服务；应用请求。
创建原语要做的工作：申请空白PCB；为进程分配资源；初始化PCB（初始化进程描述信息，初始化处理机状态信息初，始化进程控制信息）；将新进程插入就绪队列。
进程的撤消：
引起进程撤消的事件：进程正常结束；进程异常结束；外界干预。
撤消原语要做的工作：查找撤消进程的PCB若;处于执行状态，终止之，并进行进程调度；若有子孙，予以终止；归还资源；从所在队列移出。
进程的阻塞与唤醒：
引起进程阻塞的事件：请求系统服务；启动某种操作；数据尚未到达；无新工作可做。
阻塞原语要做的工作：停止进程的执行；将进程插入阻塞队列，改变进程在PCB中的状态；重新调度。
唤醒原语要做的工作：将进程从阻塞队列解下；将进程插入就绪队列；改变进程在PCB中的状态。
进程的挂起与激活：
挂起原语要做的工作：检查被挂起进程的状态；如进程处于就绪状态，将进程从就绪状态变为就绪挂起状态；如进程处于阻塞状态，将进程从阻塞状态变为阻塞挂起状态；如进程正在运行，将进程变为就绪挂起状态，并重新调度。
激活原语要做的工作：检查被激活进程的状态；如进程处于就绪挂起状态，将进程从就绪挂起状态变为就绪状态；如进程处于阻塞挂起状态，将进程从阻塞挂起状态变为阻塞状态；若系统为抢占式系统，则进行进程调度。