[操作系统] - 进程状态&进程描述

2.1 进程(Process)

2.1.1 定义

chatGPT版：一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动
人话版：程序在并发环境中的执行过程& 进程是程序的一次执行

2.1.2 特征

动态：创建产生，调度执行，撤销消亡
并发：多个进程存在同一内存中运行
独立：独立运行、获得资源、接受调度的基本单位
异步：不可知速度推进，程序执行失去再现性

注：配置同步机制，能保证结果可再现

2.1.3 进程与程序

动态和静态
暂存与长存
一个程序可能有多个进程

2.1.4 进程状态

基本状态
- 运行(Running)^[1]：当前进程分配到CPU，其程序正在CPU上执行的状态
- 就绪(Ready)^[2]：进程已具备运行条件，但因其它进程正占用CPU，暂时不能运行，等待分配CPU的状态
- 阻塞(Blocked)：因等待某种事件的发生（如系统调用、I/O操作、合作进程信号）而暂时不能运行的状态。即使CPU空闲，也无法使用。

基本状态的转换

注：阻塞->运行漏！就绪->阻塞漏！

五种状态的转换

挂起状态(Suspend)
- 定义
所谓挂起，是使处于基本状态的进程（就绪、运行、阻塞/睡眠）处于静止（非终止）状态，此时系统回收被这些进程占用的内存资源，将其实体复制到外存的进程交换区。挂起不等于撤销，可通过解挂（换入，或称激活，Active）重新分配内存。
- 挂起原因
终端用户的请求，父进程请求，负荷调节的需要，操作系统的需要
- Block Vs Suspend
1. 对系统资源占用不同：虽然都释放了CPU，但阻塞的进程仍处于内存中，而挂起的进程通过“对换”技术被换出到外存（磁盘）中。
2. 发生时机不同：阻塞一般在进程等待资源（IO资源、信号量等）时发生；而挂起是由于用户和系统的需要，例如，终端用户需要暂停程序研究其执行情况或对其进行修改、OS为了提高内存利用率需要将暂时不能运行的进程（处于就绪或阻塞队列的进程）调出到磁盘。
3. 恢复时机不同：阻塞要在等待的资源得到满足（例如获得了锁）后，才会进入就绪状态，等待被调度而执行；被挂起的进程由将其挂起的对象（如用户、系统）在时机符合时（调试结束、被调度进程选中需要重新执行）将其主动激活。
拓展：进程状态举例
- UNIX进程状态转换
- Linux进程状态转换

2.1.5 进程描述

进程映像·
- 程序
- 数据集
- PCB(Process Control Block)：描述进程的动态性的数据结构，描述进程当前的状态、本身的特性、对资源的占用及调度信息等，称为进程控制块
- 栈：用来保存过程调用和相互传送参数的踪迹

PCB（进程控制块）介绍

PCB是一个数据结构，一般应包括：

① 进程名。它是唯一的标志，对应进程的一个标志符（name）或数字（ID）。

② 特征信息。包括是系统进程还是用户进程，进程实体是否常驻内存等信息。

③ 进程状态信息。表明该进程的执行状态status，是运行状态、就绪状态还是阻塞状态。

④ 调度优先权。表示进程获取CPU 的优先级别priority。

⑤ 通信信息。comm_info,反映该进程与哪些进程有什么样的通信关系，如等待哪个进程的信号等。

⑥ 现场保护区。当对应进程由于某种原因放弃使用CPU 时，需要把它的一部分与运行环境有关的信息保存起来，以便在重新获得CPU 后恢复正常运行。通常被保护的信息有程序计数器PC、程序状态字PSW、各工作寄存器的内容等。

⑦ 资源需求、分配和控制方面的信息，own_resource，如进程所需要或占有的I/O 设备、磁盘空间、数据区等。

⑧ 进程实体信息。Start_addr，指出该进程的程序和数据的存储情况，在内存或外存的地址、大小等。

⑨ 族系关系。Process_family,反映父子进程的隶属关系。

⑩ 其他信息。如文件信息、工作单元等。

PCB（进程控制块）作用
1. 每个进程有唯一的进程控制块
2. 操作系统根据PCB管理进程
3. 进程的动态、并发等特征通过PCB表达
4. PCB是进程存在的唯一标志。创建即建立PCB，终止即消亡PCB
举例：Linux系统PCB设计

单CPU的系统，处于运行态的进程只能有1个 ︎
单CPU的系统，处于就绪态的进程个数由系统决定 ︎