【操作系统精髓与设计原理】第三章-进程描述和控制_操作系统精髓与设计原理第八版答案

3.1 什么是进程

进程是正在执行的程序。
进程也可以描述为：由一组元素组成的实体。进程的组成元素：程序代码，代码相关联的数据集和进程控制块。

标识符：进程唯一ID。
状态：运行，阻塞，就绪。
优先级：相对于其他进程的优先级
程序计数器：即将被执行的下一条指令。
内存地址：包括程序代码和进程相关数据的指针，
上下文数据：进程执行时处理器中寄存器的数据。
I/O状态信息：I/O请求，分配给进程的IO设备，被进程使用的文件列表。
记账信息：处理器时间总和，使用的时钟数总和 时间限制，记账号。
进程控制块内容可以分为如下三部分，在后边章节一一讲到。

现在操作系统中，把进程的程序计数器和上下文数据加载到处理器寄存器中，这个进程就可以运行了。

3.2 进程状态

进程执行指令的序列的顺序就是进程轨迹，举例如下：
内存中进程A B C内存中的分派器就是调度器



整个程序执行顺序：先执行进程A的6条指令，超时后，调度器执行6条调度指令（每调度一次都要执行），接着开始切换到进程B，B执行4条指令后，需要请求IO，处理器停止执行进程B，开始调度C，处理器执行C的6条指令后，返回A进程继续执行。当再次执行B时，还在等待IO，因此处理器直接调度C程序执行。

3.2.1 两状态进程模型

3.2.2 进程创建和终止

• 进程创建
  创建一个进程时，操作系统做两件事：需要建立用于管理该进程的数据结构，并且在内存中给它分配空间。引起进程创建的四个原因。
  
• 进程终止
  

3.2.3 进程五种状态

新建状态：进程需要的信息在内存的进程表中，但是进程没有在内存中。

3.2.4 被挂起的进程

挂起是出于内存的考虑，内存中没有足够的空间时，可以将内存中的进程换出到磁盘中。
换出：当内存中没有就绪的进程时，需要将内存中阻塞的进程换出到磁盘中“挂起队列”中，暂时保存内存中被阻塞的进程。
挂起是一个IO操作。


还有一些导致进程挂起的原因：

3.3 进程描述

操作系统为处理器执行进程而进行调度和分派。操作系统是如何管理进程和资源呢？
操作系统为了管理进程必须掌握每个进程和资源当前的状态。操作系统维护这四张表，内存表，IO表，文件表，进程表，管理结构如下：

内存表：内存表包括内存和虚拟内存的使用情况，分配给进程的内存和受保护的内存。
IO表：管理计算机的IO设备和通道，如某个进程正在使用IO情况。
文件表：文件是否存在，文件在外存位置等。

• 进程映像

一个进程至少包括一个或一组程序，程序中有局部变量或全局变量（数据）。并且需要足够的空间来保存内存和数据，还有运行程序时过程调用过程见传递参数需要的栈。还有描述这个进程的属性的集合，整个这些程序，数据，栈和属性集合称为进程映像。

3.4 进程控制

3.4.1 两种执行模式（内核态和用户态）

内核的典型功能：进程管理，内存管理，IO管理和中断等。
用户态和内核态切换：处理器状态寄存器（PSR）里边包涵CPL（当前特权级别，0表示内核态，1表示用户态）当中断发生时，处理器清空PSR寄存器中的值（包括CPL值），中断结束后，最后一个指令iret（中断返回）恢复了程序的特权级别。

3.4.2 进程创建

1. 给新进程分配一个唯一的进程标识符
2. 给进程分配空间。
3. 初始化进程控制块。
4. 设置正确的链接。
5. 创建或扩充其他数据结构。

3.4.3 进程切换

进程切换就是把处理器控制权交给操作系统。通常如下三种情况，中断，陷阱，系统调用。

3.5操作系统执行

操作系统如何执行呢？有如下三种情况。