操作系统复习----第四章(进程与进程管理)_什么叫进程占用外部设备

一、进程的定义

进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。

• 进程是程序的一次执行过程，是对CPU的抽象，是正在运行的程序的抽象
• 每个进程具有独立的地址空间
• 操作系统通过调度将CPU的控制权交给某个进程

二、进程的组成

进程实体是由PCB、程序段、数据段组成的

• PCB：操作系统通过PCB来管理进程，因此PCB中应该包含操作系统对其进行管理所需的各种信息
• 程序段：存放的是程序的代码本身，即一系列的指令
• 数据段：存放的是程序运行中使用、产生的运算数据。例如全局变量、局部变量、宏定义的常量等都是存放在数据段内

三、进程的状态与转换

进程的状态

• 运行状态： 进程正在处理机上运行。在单处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态；
• 就绪状态： 进程已处于准备运行的状态，获得了除处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
• 阻塞状态： 又称等待状态：进程正在等待某一事件而暂停运行，如等待某资源为可用（不包括处理机）或等待输入/输出完成。即使处理机空闲，该进程也不能运行。
• 创建状态： 进程正在被创建，尚未转到就绪状态。创建步骤包括：申请空白的 PCB，向 PCB 中填写一些控制和管理信息，系统向进程分配运行时所需的资源。
• 结束状态： 进程正常结束、发生错误或者系统中断退出运行。系统必须首先将进程置为结束状态，再进一步处理资源释放及回收工作。

进程状态的转换

• 就绪状态–>运行状态： 处于就绪状态的进程被调度后，获得处理机资源（分派处理机时间片），进程由就绪状态转换为运行状态。
• 运行状态–>就绪状态： 处于运行状态的进程在时间片用完后，不得不让出处理机，进程由运行状态转换为就绪状态。此外，在可剥夺的操作系统中，当有更高优先级的进程就绪时，调度程度将正执行的进程转换为就绪状态，让更高优先级的进程执行。
• 运行状态–>阻塞状态： 当进程请求某一资源（如外设）的使用和分配或等待某一事件的发生（如I/O操作的完成）时，它就从运行状态转换为阻塞状态。进程以系统调用的形式请求操作系统提供服务，这是一种特殊的、由运行用户态程序调用操作系统内核过程的形式。
• 阻塞状态–>就绪状态： 当进程等待的事件到来时，如I/O操作结束或中断结束时，中断处理程序必须把相应进程的状态由阻塞状态转换为就绪状态。

四、进程控制块的组成与作用

1）进程标识符：

• 内部标识符： 操作系统为每一个进程赋予的唯一数字标识符，系统使用
• 外部标识符：由创建者提供，通常由字母与数字组成，往往是由用户(进程)在访问该进程时使用。描述进程的家族关系，设置父进程标识及子进程标识，还可设置用户标识，以指示拥有该进程的用户。

2）进程状态
有就绪、运行、挂起、停止等状态。

3）当前队列指针
该项登记了处于同一状态的下一个PCB的地址，以此将处于同一状态的所有进程勾链起来。每一个队列有一个队列头，其内容为队列第一个元素的地址。

4）进程优先级
进程的优先级反映了进程要求CPU的紧迫程度，它通常由用户预先提出或系统指定。进程将依据其优先级的高低去争夺使用CPU的权利。
５）CPU现场保护区
当进程由于某种原因释放处理机时，CPU现场信息被保存在PCB的该区域中，以便进程重新获得处理机后能继续执行。通常被保护的信息有工作寄存器、指令计数器以及程序状态字等 。

五、互斥与同步的概念

进程互斥的概念

由于进程具有独立性和异步性等并发特征，计算机的资源有限，导致了进程之间的资源竞争和共享，也导致了对进程执行过程的制约。
在并发进程中，一个或多个进程要对公用资源进行访问时，必须确保该资源处于空闲状态，也就是说，在并发进程中，临界区只允许一个进程进入，而其他进程阻塞，等待该共享临界资源释放。

进程同步

1）同步机制的引入目的：
在多道程序环境下，进程是并发执行的，不同进程之间存在着不同的相互制约关系。为了协调进程之间的相互制约关系，引入了进程同步的概念。
2）临界资源
虽然多个进程可以共享系统中的各种资源，但其中许多资源一次只能为一个进程所使用，我们把一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源，如打印机等。此外，如果变量、数据等都可以被若干进程共享，也属于临界资源。
3）临界区
对临界资源的访问，必须互斥地进行，在每个进程中，访问临界资源的那段代码称为临界区。
我们可以进入访问临界资源的代码分为4个区：

• 进入区。为了进入临界区使用临界资源，在进入区要检查可否进入临界区，如果可以进入临界区，则应设置正在访问临界区的标志，以阻止其他进程同时进入临界区。
• 临界区。进程中访问临界资源的那段代码，又称临界段。
• 退出区。将正在访问临界区的标志清除。
• 剩余区。代码中的其余部分。

4）同步机制应遵循的规则

• 空闲让进：临界区空闲时，应允许一个进程访问
• 忙则等待：临界区正在被访问时，其他要访问的进程需要等待
• 有限等待：要在有限时间内进入临界区，保证不会饥饿
• 让权等待：进不了临界区的进程，要释放处理机，防止忙等

六、采用信号量、wait、signal实现的进程同步与互斥

信号量及wait、signal操作的注意事项

wait、signal操作的优缺点