2.2　进程

本节概览：先建立「进程」的框架，再依次展开下列小节。

1. 进程的定义和特征
2. 进程的基本状态及转化
3. 挂起操作和进程状态的转换
4. 进程管理中的数据结构

进程可以从不同角度定义，下面三种说法都比较典型。

引入进程实体的概念后，传统OS中的进程可定义为：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。

1. 进程是程序的一次执行
2. 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
3. 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位

进程与程序不同。从结构上看，进程实体由程序段、数据段和进程控制块（PCB）组成——程序本身没有 PCB。

从性质上看，进程还具有下列五方面特征。

下图左侧是进程映像（程序、数据与栈），右侧是 PCB 的关键字段。

多道并发时，进程要轮流用处理机、还要等资源，所以执行过程中就会停。先抓住三种基本状态：就绪、执行、阻塞。任何一个活着的进程，通常都落在这三者之一。

这三条边要记清楚：谁来切、切到哪。图2-5 就是这张三态图。

创建状态

进程并非调用一次即出现。创建需按顺序完成以下三步，才能进入就绪队列、接受调度。

1. 申请一块空白 PCB，填上控制和管理所需的信息
2. 分配运行必需的资源（内存等）
3. 转入就绪状态，插入就绪队列

终止状态

进程执行到自然结束点、出现无法克服的错误、或被操作系统和其他进程终结，就进入终止状态。图2-6 是在三态上加上创建、终止之后的五态图。

1. 操作系统做善后：记下退出码和计时统计，PCB 先留着供其他程序读取
2. 其他进程取完信息后，将 PCB 清零并交还系统；此后该进程不能再执行

引入挂起操作，是基于系统和用户的四类需要。

许多系统中，进程除了就绪、执行和阻塞三种最基本状态外，为了系统和用户观察、分析进程的需要，引入了一个重要操作——挂起操作。

进程被挂起后处于静止状态：若正在执行则暂停执行；若处于就绪状态则暂不接受调度。

1. 终端用户的需要
2. 父进程请求
3. 负荷调节的需要
4. 操作系统的需要

引入挂起原语Suspend和激活原语Active后，进程会在活动/静止两种状态间转换。

未被挂起的阻塞状态称为活动阻塞Blockeda，用Suspend挂起后变为静止阻塞Blockeds；处于Blockeds的进程在所期待事件出现后，转为静止就绪Readys。

未被挂起的就绪状态称为活动就绪Readya，可接受调度；用Suspend挂起后变为静止就绪Readys，不再被调度执行。

结合图2-7理解激活原语Active带来的反向转换。

处于静止状态的进程，可用激活原语Active重新转回活动状态。

引入挂起原语后，进程多出终止状态的转换：进程完成任务、出现不可克服的错误或被 OS 终结时进入终止状态。

索引方式：系统根据所有进程状态的不同，建立几张索引表，并把各索引表在内存的首地址记录在内存的一些专用单元中。

每个索引表的表目中，记录具有相应状态的某个PCB在PCB表中的地址。

一个系统中通常有数十个、数百个乃至数千个PCB，为有效管理它们，应采用适当方式组织。

常见组织方式有线性方式、链接方式和索引方式。

为了便于对计算机中各类资源的使用和管理，OS将它们抽象为相应的数据结构，并提供一组对资源进行操作的命令，用户利用数据结构及操作命令执行相关操作。

OS作为计算机资源的管理者，为协调诸多用户对共享资源的使用，必须记录和查询各种资源的使用及各类进程运行情况的信息。

计算机系统对每个资源和每个进程都设置了一个数据结构，用于表征其实体，称为资源信息表或进程信息表，其中包含资源或进程的标识、描述、状态等信息以及一批指针。

PCB 的组织方式：系统中有大量 PCB，需要用合适的方式组织管理。

结合图 2-11 PCB 链接队列示意图理解：不同状态的 PCB 分别链接成就绪队列、阻塞队列和空白队列。

索引方式：系统根据进程状态建立几张索引表，各索引表首地址记录在内存专用单元中，每个表目记录相应状态 PCB 的地址。