进程之舞：操作系统中的启动、状态转换与唤醒艺术

进程队列

为了便于查找，系统把所有的PCB用适当的方式组织起来，一般有以下三种形式

(1)线性方式

(2)链接方式

(3)索引方式

1.线性方式

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优点:管理简单，不需要额外的开销，容易实现。

缺点:限定了最大进程数目;降低调度效率，挑选一个适合运行的PCB须对表项扫描，平均要花费查半个PCB表长的时间;不适合频繁进程调度。

早期的UNIX系统就是采用这种方式。

2.链接方式

• 把处于同一状态的进程按照一定方式链接成一个队列。

>就绪队列

>阻塞队列:根据不同的阻塞原因组织成多个阻塞队列

等待磁盘I/0队列

• 等待磁带I/O队列每一个队列有一个专用队列指针指出该队列中第一个进程PCB所在位置。
• 现代Unix采用这种方式。

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• 链接方式优点

管理方便，PCB进程数目不受限制，使用灵活，检索速度和内存使用效率可以提高

• 链接方式缺点

动态分配内存的算法比较复杂;队列的操作(如挂链，摘链)也花费时间

3.索引方式

用索引表记载进程的PCB地址

相同状态的进程在同一索引表中;

不同状态的，分别设置各自的PCB索引表

• 就绪索引表
• 阻塞索引表

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• 索引方式优点

索引方式是线性表方式的改进，克服了线性表的缺点，检索速度快

• 索引方式缺点

通常须采用多张索引表，增加所占内存空间;加大管理难度

• 由于单CPU的计算机系统中，任何时候只有一个进程处于运行状态。
• 系统专门设置一个指针指向当前运行进程的PCB。
• UNIX系统中就有一个CURPRO指针，指向现运行进程的PCB。

进程管理

进程图

进程图(进程家族图)--Process Graph

• 描述进程家族关系的有向树一棵进程树表示一个家族，根结点是祖先。
• 一个子进程只有一个父进程
• A——B: A是B的父进程 B是A的子进程

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进程创建

1.引起创建进程的事件:

(1)系统初始化:当开机引导OS时，会创建许多进程

(2)派生新进程:应用进程利用系统调用创建一个或多个进程，使新进程以并发方式完成特定任务，

(3)用户请求:为完成用户提出的某些请求

(4)调度新作业:批处理系统中为每个提交的作业创建相应的进程

2.进程的创建过程(创建原语)

PCB是进程存在的唯一标识，所以创建一个进程的主要任务是为其建立一个PCB。

使用创建原语创建进程的过程

• 申请一个空闲的PCB
• 为新进程分配空间
• 初始化PCB
• 将新进程插入就绪队列

UNIX/Linux中的fork（）系统调用实现进程创建功能。

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进程终止

1.引起进程终止的事件

(1)正常终止

(2)异常终止

(3)外部干扰:进程应外界的请求而终止运行

2.终止进程的主要操作过程!

• 找到指定进程的PCB，终止该进程的运行
• 回收该进程所占用的全部资源
• 终止其所有子孙进程，回收它们所占用的全部资源。
• 将被终止进程的PCB从原来队列中摘走，以后由父进程从中获取数据，并释放它

进程阻塞

1.引起进程阻塞的事件

处于运行状态的进程，在其运行过程中期待某一事件发生，当被等待的事件还没有发生时，由进程自己执行阻塞原语，使自己由运行态变为阻塞态。

• 等待键盘输入:
• 等待磁盘的数据传输完成;
• 等待其它进程发送一个信息

当某进程期待的事件已经到来时，唤醒进程

2.进程阻塞的过程

• 立即停止当前进程的执行
• 将现行进程的CPU现场保存
• 将该进程的现行状态由“运行”改为阻塞
• 转到进程调度程序

进程唤醒

处于阻塞状态的进程不能唤醒自己，必须由它的合作进程用唤醒原语唤醒它。

唤醒过程

唤醒原语执行过程如下：

1. 把阻塞进程从相应的阻塞队列中摘下。
2. 将现行状态改为就绪状态，然后把该进程插入就绪队列中。
3. 如果被唤醒的进程比当前运行进程的优先级更高则设置重新调度标志。

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