进程控制：七状态模型

首先，进程的七状态模型，分为：创造、就绪、执行、堵塞、终止、挂起就绪、挂起阻塞。

进程

进程没有一个规定的定义，一般定义为：

• 进程是程序的一次执行
• 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
• 进程时具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

在引入进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的进程定义为：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程的特征

• 动态性：进程的实质是进程实体的执行过程。
• 并发性：多个进程同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。
• 独立性：能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位。
• 异步性：不可预知的速度向前推进。

进程控制块

是操作系统核心中一种数据结构，主要表示进程状态。

进程控制块的作用

使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位或与其它进程并发执行的进程。

• 具体的说：
• 作为独立运行基本单位的标志 —— 当一个程序配置了PCB后，就表示它已是一个能在多道程序环境下独立运行的、合法的基本单位。PCB已经成为了进程存在于系统中的唯一标志。
• 能实现间断性运行方式 —— 有了PCB后，系统可以将终端进程的CPU现场信息存放在PCB中，供该进程在被调度时恢复CPU现场信息。
• 提供进程管理所需要的信息 —— 当进程调度时、需要访问文件或I/O设备时，都需要借助PCB中资源清单的信息。
• 提供进程调度所需要的信息 —— 进程调度时，需要提供优先级、等待时间和已执行时间等。
• 实现与其他进程的同步与通信 —— 进程同步，需要相应的用于同步的信号量，还需要具有用于实现进程通信的区域或通信队列指针等。

进程控制块中的信息

• 进程标识符：用于唯一标识一个进程。分为两种标识符：
  • 外部标识符：为了方便用户（进程）对进程的访问，
  • 内部标识符：为了方便系统对进程的使用，唯一的数字标识符
• 处理机状态：也称为处理机的上下文，主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。这些寄存器主要包括：
  • 通用寄存器 —— 又称为用户可视寄存器，是用户程序可以访问的，用于暂存信息，在大多数处理机中，由8~32个通用寄存器，在RISC结构的计算机中可超过100个。
  • 指令计数器 —— 其中存放要访问的下一条指令的地址。
  • 程序状态字PSW —— 含有状态信息，如：条件码、执行方式、中断屏蔽标志等
  • 用户栈指针 —— 指每个用户进程都有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址。栈指针指向该栈的栈顶。
• 进程调度信息 ：包括进程状态、进程优先级、进程调度所需的其他信息、事件。
• 进程控制信息：程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针。

进程控制块的组织方式

• 线性方式
• 链接方式
• 索引方式

七状态模型

进程创建

引起进程创建的事件

• 用户登录
• 作业调度
• 提供服务
• 应用请求

进程如何创建

• 申请空白PCB
• 为新进程分配其运行所需的资源
• 初始化进程控制块：初始化标识信息、初始化处理机状态信息、初始化处理机控制信息。
• 如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。

进程终止

引起进程终止的事件

• 正常结束
• 异常结束
  • 越界错
  • 保护错
  • 非法指令
  • 特权指令错
  • 运行超时
  • 等待超时
  • 算术运算错
  • I/O故障
• 外界干扰
  • 操作员或操作系统干预
  • 父进程请求
  • 因父进程终止

进程的终止过程

• 根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。
• 若处于执行状态，终止执行，调度标志改为真。
• 若还有子孙进程，应将子孙进程都终止，以防他们称为不可控的进程。
• 将资源归还给父进程，或系统。
• 将被终止进程的PCB从所在队列中移除，等待其他程序调用。

进程的阻塞与唤醒

引起进程堵塞和唤起的事件

• 向系统请求共享资源失败
• 等待某种操作的完成
• 新数据尚未到达
• 等待新任务的到达

进程堵塞的过程

• 正在执行的进程，如果发生了上述某事件，进程便通过调用阻塞原语block将自己阻塞。
• 可见，阻塞是进程自身的一种主动行为。
• 进入block过程后，由于该进程还处于执行状态，所以应先立即停止执行，把进程控制块中的状态由"执行"改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。
• 如果系统中设置了因不同事件而堵塞的多个堵塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的堵塞队列。
• 最后，转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换，保留被阻塞进程的处理机状态，按新进程的PCB中的处理机状态设置CPU的环境。

进程唤醒过程

• 当被阻塞进程所期待的事件发生时，由有关进程调用唤醒原语wakeup，将等待该事件的进程唤醒。
• wakeup执行的过程是：首先把阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。

进程的挂起与激活

进程的挂起过程

• 当系统中出现了引起进程挂起的事件时，OS将利用挂起原语suspend将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。
• suspend的执行过程时：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪。
• 对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。
• 为了方便用户或父进程考察该进程的运行情况，而把该进程的PCB复制到某指定的内存区域。
• 最后，若被挂起进程正在执行，则转向调度程序重新调度。

进程的激活过程

• 当系统中发生激活过程的事件时，OS将利用激活原语active，将指定进程激活。
• 激活原语先将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态。
• 若是静止就绪，改为活动就绪。
• 若是静止阻塞，改为活动阻塞。