操作系统 - 进程管理

进程

进程的状态

基础的五种状态

• 创建状态
• 就绪状态
• 运行状态
• 阻塞状态
• 结束状态 如果大量进程处于阻塞状态，就会导致高内存占用 当内存紧张时，操作系统通常会把处于阻塞状态中进程占用的物理内存换出到硬盘，等到需要再次运行时，再从硬盘换入内存 于是就多了一个状态 —— 挂起，指没有占用物理内存的进程状态 挂起 分为 阻塞挂起（换入内存后等待某个事件出现） 和 就绪挂起（换入内存后立即开始运行），最终全部的七种状态如下：

进程控制结构 —— PCB

操作系统中，使用进程控制块（PCB，Process Control Block）描述一个进程 PCB 的结构

• 进程标识符
• 用户标识符
• 进程状态
• 进程优先级
• 虚拟地址/内存地址信息、打开的文件列表、使用的 I/O 设备的信息
• CPU 中各个寄存器的值

PCB 的组织方式

• 链表：将相同状态的进程用链表串起来组成一个队列，比如就绪队列、阻塞队列等
• 索引（数组）：对于相同状态的进程，用索引表保存其引用，不同状态有不同的索引表 一般会选择链表，性能更好，更灵活

进程的控制

• 创建

  1. 申请一个空白的 PCB，填入控制和管理进程的信息
  2. 为进程分配资源（比如内存资源等）
  3. 将 PCB 插入就绪队列

• 终止 进程有三种终止方式：正常结束、异常结束、外界干预（kill 等命令）

  1. 查找终止目标进程的 PCB
  2. 如果处于运行状态，则立即终止该进程的执行，并将其占用的 CPU 资源分配给其他进程
  3. 如果目标进程有子进程，将子进程交给「一号进程」监管
  4. 将目标进程拥有的所有资源归还给操作系统
  5. 将目标进程的 PCB 从所在队列删除

• 阻塞 进程可以调用阻塞语句，让自己阻塞等待一个事件

  1. 找到目标进程的 PCB
  2. 如处于运行状态，则保存其上下文，并将状态改为阻塞，停止进程运行
  3. 将 PCB 插入阻塞队列

• 唤醒 当等待的事件完成后，可能由操作系统内核负责唤醒进程（中断处理程序/内核线程/定时器），也可能是其他进程监听到事件完成后唤醒源进程

  1. 在阻塞队列中找到目标进程的 PCB，并从阻塞队列中取出
  2. 将 PCB 状态改为就绪，将其插入到就绪队列

进程的上下文切换

• 进程上下文的子集是 CPU 上下文，CPU 切换执行不同任务时就会发生 CPU 上下文切换
• CPU 上下文包含 CPU 寄存器 + 程序计数器，「任务」主要包含进程、线程和中断
• 根据任务的不同将 CPU 上下文具体分为 进程上下文、线程上下文、中断上下文

进程上下文除了 CPU 上下文，还包含进程地址空间 + 内核数据结构 + 资源信息

线程

以视频播放器为例，如果单线程开发，就类似下面这样： 如果采取读取、解压、播放都用一个线程来执行，多个线程可以并发运行，线程之间共享数据，性能会有很大的提升