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在 ) 中，我们介绍了与操作系统相关的一些概念，在 ) 中，我们又介绍了操作系统的结构设计和运行机制，从这篇笔记开始，我们会逐一讲解操作系统的各个基本功能。

一切围绕这张图来进行：

1. 关于进程

1.1 进程：

为了方便操作系统管理，对并发执行的各个程序加以控制和描述，引入了进程的概念。

1.2 PCB：

定义：

之前的单道批处理系统，程序是串行执行的，内存中可能只需要记录单一程序的程度段和数据段即可；但是现在使用的是多道批处理系统，多个程序并发执行，内存中就可能存在多个程序自己的程序段和数据段，那么这时候就需要一个管理单元对这些东西加以区分、描述和管理，所以就额外多了一个进程控制块，也就是 PCB（process control block）。

系统会为每一个运行的程序分配 PCB 这么一个数据结构，用以描述进程的各种信息。PCB 是进程存在的唯一标志，进程与 PCB 是一一对应的的。

PCB 记录了关于进程的信息，这些信息包括：

1.3 进程实体：

程序段（程序代码）、数据段（变量、常量等），PCB（相关的管理信息） 共同构成了进程实体（进程映像）。一般认为 进程实体 === 进程 === PCB

PS：下文提到的多个进程的组织方式，也可以说就是多个 PCB 的组织方式

1.4 进程与程序的对比：

2. 进程的组成和组织

2.1 单个进程的组成

2.2 多个进程的组织方式

链接方式：

按照进程状态将 PCB 分为多个队列，OS 持有指向各个队列的指针（执行指针、就绪队列指针、阻塞队列指针）

索引（线性）方式：

按照进程状态建立几张索引表，OS 持有指向各个索引表的指针（执行指针、就绪表指针、阻塞表指针）

3. 进程的特征

4. 进程的状态/生命周期

4.1 五种基本状态：

① 创建态：初始化 PCB，为进程分配系统资源

② 就绪态：PCB 修改相应内容并被送到就绪队列。万事俱备（运行需要的条件都有了），只欠东风（只等 CPU 调度自己）

③ 运行态： PCB 修改相应内容，出队（可能还会恢复进程运行环境）。该进程此时占有 CPU 使用权，在 CPU 上运行（对于单核处理器，一个时刻只会有一个进程）

④ 阻塞态（等待态）：进程进行系统调用，或者等待事件发生时，进入阻塞态，PCB 修改相应内容并被送到相应事件的阻塞队列

⑤ 终止态（结束态）：回收为进程分配的资源，撤销 PCB

PS：由于事件有多个，所以阻塞队列一般也是有多个的，一个事件对应一个阻塞队列。而就绪队列就只有一个了。

4.2 进程状态的转换：

4.3 引入挂起操作后

（1）挂起：

前面所说的状态转换，是建立在内存资源够用的情况下 —— 当系统资源尤其是内存资源不够时，就需要将一些进程挂起（suspend），对换到外存中。

（2）原因：

引起进程挂起的原因是多样的，主要有：

（3）状态转换

引入挂起操作后，在原来五种状态的基础上多了两个状态：就绪态变成了活动就绪态，且多了一个“静止就绪态/挂起就绪态“；原来的阻塞态变成了活动阻塞态，且多了一个“静止阻塞态/挂起阻塞态“。

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PS：进程一旦被挂起，就意味着它被对换到了外存中，此时该进程无法再被 CPU 直接调度，除非它被对换回内存中，回到活动就绪态。比如静止就绪态、静止阻塞态，最后要得到 CPU 的调度，都必须经历回归到活动就绪态的过程。

那么一个状态具体是如何切换到另一个状态的呢？

5. 进程的控制

在前面我们已经说过，进程的生命周期有多个状态，而状态的切换实质上是通过修改 PCB 的信息、让 PCB 出队或者入队来实现的，但是是谁来控制这个过程呢？—— 答案就是进程控制，进程控制指的是对系统中所有进程，从创建到终止的全过程实行的管理和控制。而进程控制是通过操作系统内核的 原语操作 来实现的。

操作系统内核一览，其中一个核心就是原语操作

原语（Primitive）其实就是程序 —— 由若干条机器指令构成，用以完成特定功能的一段程序。原语操作属于原子操作（Atomic operation），具有不可中断性，一旦执行就不允许被打断。这种原子操作是依靠关中断指令实现的，在关中断指令下，即使有中断信号发射过来，也不会调用中断处理程序去处理中断，这就保证了原语操作不会被打断。而在开中断指令下，才会去处理中断。

原语的基本操作无非三个：

创建原语和撤销原语配对，阻塞原语和唤醒原语配对，所以这里我们放在一起讲。

（1）创建原语

创建原语负责创建进程，具体包括：申请空白的 PCB，为新进程分配所需资源、初始化 PCB、将 PCB 插入到就绪队列。

引起进程创建的事件一般有四种：

（2）撤销原语

撤销进程负责终止进程，具体包括：从 PCB 集合中找到终止进程的 PCB，如果进程正在运行，则立即将它的 CPU 使用权移交给其它进程。接着终止它的所有子进程，将该进程的资源还给父进程或者操作系统，最后再删除 PCB。

引起进程终止的事件一般有三类：

（3）阻塞原语

阻塞原语负责让进程从运行态转换到阻塞态，具体包括：找到要阻塞的进程的 PCB，保存当前运行环境到 PCB（方便后续恢复），修改 PCB 状态信息。接着暂停进程的运行，将 PCB 插入相应事件的等待队列

引起进程阻塞的事件一般是：

注意：前面我们说过，进程从运行态切换到阻塞态，是一个主动的过程，这个主动体现在是进程自己调用了阻塞原语

（4）唤醒原语

唤醒原语负责让阻塞的进程重新回到就绪态，具体包括：在事件等待队列中找到 PCB，让他出队，修改 PCB 的状态信息，再将 PCB 插入到就绪队列，等待 CPU 对他进行调度

一般在等待的事件发生时，进程就会被唤醒。

注意：前面我们说过，进程从阻塞态切换到运行态，是一个被动的过程，这个被动体现在并不是进程自己调用了唤醒原语，而是“合作”进程进行了调用（比如说 I/O 进程）

（5）切换原语

前面的原语主要都是操作一个进程，而切换原语同时操作到了两个进程。

切换原语负责让当前运行的进程从 A 切换为 B，具体包括：

引起进程切换的事件一般有四种：

（6）挂起原语和激活原语

挂起原语：

将进程从内存对换到外存，具体包括：找到需要挂起的进程的 PCB，检查它的状态并做相应操作（运行态、活动就绪态 ——> 静止就绪态，活动阻塞态 ——> 静止阻塞态），之后将该 PCB 复制到指定的内存区域。

引起进程挂起的事件，比如，用户进程请求将自己挂起，或父进程请求将自己的某个子进程挂起

激活原语：

将进程从外存对换回内存，检查该进程的现行状态并进行相应操作（静止就绪态——>活动就绪态，静止阻塞 ——> 活动阻塞态）。引起进程激活的事件，比如，父进程或用户进程请求激活指定进程，或者是某个进程驻留在外存而内存中已有足够的空间

参考：