第二节-进程的描述与控制

进程的概念：理解进程和程序的区别

进程的组成：一个进程由哪些部分组成

进程的特征：进程有哪些重要特征

进程的概念，组成和特征

进程的概念

进程的组成-PCB

操作系统要记录PID，进程所属的用户ID(UID)，还要记录给进程分配了那些资源（如分配了多少内存，正在使用那些I/O设备，正在使用那些文件），还要记录进程的运行情况（如CPU的使用时间，磁盘的使用情况，网络流量的使用情况等）这些信息都被保存在一个数据结构：PCB(Process Control Block)，即 进程控制块 中。

操作系统对进程的管理工作所需的信息都存在PCB中。

进程（进程实体）的组成

还有 程序段和数据段，他们是给进程自己使用的，PCB是给操作系统使用的。

进程实体就相当于一个 快照，是一瞬间的不变的静态的，而进程是动态的

程序段，数据段，PCB三部分组成了进程实体（进程映像）一如进程实体的概念后，可以把进程定义为：进程是进程实体的 运行过程，是系统进程 资源分配 和 调度 的一个独立单位。

注意：PCB 是 进程存在 的唯一标识！

进程的特征

1）动态性

2）并发性

3）独立性

4）异步性

5）结构性

小结

进程的状态与转换

进程的状态：创建态，就绪态，运行态，阻塞态，终止态

进程的五状态模型（丁字裤模型）：

为了同一个状态下的各个进程进行管理，操作系统会将各个进程的PCB组织起来：

进程的组织-链接方式

进程的组织-索引方式（不重要）

总结

进程的控制

进程的控制的主要功能是对系统中所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程，撤销已有进程，实现进程状态转换等功能。（反正进程控制就是要是实现进程状态转换）。

• 什么是进程控制？
• 如何实现进程控制？（用原语实现）
• 进程控制的原语
  • 进程的创建
  • 进程的终止
  • 进程的阻塞
  • 进程的唤醒
  • 进程的切换

如何实现原语的”原子性“

原语的执行具有原子性，执行过程是一气呵成的，期间不允许被中断，可以用”关中断指令“和“开终端指令”时间原子性：

正常情况下：CPU每执行完一条指令都会例行检查是否有中断信号需要处理，如果有就暂停运行当前这段程序，转而执行相应的中断处理程序。

但是如果有”关中断指令“，CPU在执行”开中断指令“之前就不会去检查外部的中断信号

进程控制的相关原语

1）进程创建：

创建原语：操作系统在创建一个进程的时候使用的原语。

1. 申请一个空白的PCB
2. 为新进程分配所需资源
3. 初始化PCB
4. 将PCB插入到就绪队列

创建原语，就是吧一个进程从创建态变为就绪态

2）进程终止

撤销原语：就绪态/阻塞态/运行态->阻止态->回收

1. 从PCB集合中找到终止进程的PCB
2. 若进程正在运行，立刻剥夺CPU，将CPU分配给其他进程
3. 终止其他子进程（进程之间的关系是树结构）
4. 将该进程拥有的全部资源归还给父进程或操作系统
5. 删除PCB

引发进程中止的事件：

1. 正常结束
2. 异常结束
3. 外部干预

3）进程的阻塞和唤醒

4）切换原语

总结

进程的通信

进程之间通信（Inter-Process Communication，IPC）指的是两个进程之间产生数据交互。

共享存储

进程可以申请一块 共享存储区 这个区域的数据其他进程也可以访问！

为了避免出错，冲突等，各个进程对共享存储区域的访问应该是 互斥 的 ，

各个进程可以使用操作系统内核提供的同步互斥工具（如P、V操作）

基于数据结构的共享

基于数据结构的共享：比如共享空间只能存放一个长度为10的数组。这种共享方式速度慢，限制多，是一种低级通信方式。

基于存储区的共享

基于存储区的共享：操作系统在内存中划出一块存储区，数据的形式，存放位置都是通信进程控制的，而不是操作系统。这种方式共享速度快，是一中 高级通信 方式

信息传递

进程之间的数据交换以 格式化的消息（Message）为单位。进程通过操作系统提供的 ”发送消息“/“接收消息” 的两个 原语 来进行数据交换。

格式化的消息：消息头（谁发送，发给谁等），消息体

直接通信方式

消息发送进程要指明接收消息的进程ID

进程P向进程Q发消息，先封装好msg，调用send发送给Q，在进程Q的PCB中的消息队列里接收到消息，Q再使用receive获取P发送的消息即可。

间接通信方式

通过“信箱” 间接的通信，因此又称为 “信箱通信方式”。

注意体会和直接通信的区别。

管道通信

管道（pipe）：FIFO

进程P写数据到管道，进程Q从管道读数据

这个数据的流向是单项的

管道和共享内存的区别：

1. 共享存储的区域，随便你写数据到哪里，哪里有位置你就写在哪里，不依次，

2. 而管道通信室先进先出，从头到尾的写，取数据也是从头到尾的读，依次。（数据流）

管道只能采用半双工通信，某一时间端只能实现单向传输，如果需要实现双向同时传输，需要申请两个管道。

总结

线程的概念

引入线程之后，线程成为了程序执行的最小基本单位

所谓线程可以理解为 “轻量级的进程”

线程 是一个 基本的CPU执行单位，也是程序执行流的最小单位，不仅进程可以并发执行，进程里面的线程也可以并发执行

引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机，内存地址空间，都是分配给进程的的）

引入线程-带来的变化

线程的属性

线程的实现方式和多线程模型

线程的实现方式

用户级线程（UserLevel Thread，ULT）：

是程序员通过线程库实现的

1）线程管理是由线程库来完成的

2）线程切换不需要CPU的变态（用户态-》内核态）

3）操作系统不能意识到用户级线程的存在

内核级线程

多线程模型

一对一模型

多对一模型

多对多模型

总结

线程的状态与转换

线程的状态与转换

基本上和进程是一样的：只需要关注这三个状态：

组织与控制

与进程的组织与控制差不多：

控制进程的数据结构：进程控制块（PCB）

控制线程的数据结构：线程控制块（TCB）