操作系统原理学习笔记（2）之进程概念(关键词：操作系统原理学习笔记、进程、process)

一、进程的概念

    1.定义：进程是对正在运行的程序的抽象。（a program in execution）

    2.注意：

        （1）进程与程序的区别。同样的程序处理不同的数据，是两个进程。

        （2）不同的进程：

            a.defferent data with same program（相同的程序，不同的数据）

            b.different program with same data （不同的程序，相同的数据）

二、一个进程也包括：

    1.program counter，当前执行的位置

    2.stack，伴随的数据

    3.data section，伴随的数据

      

三、从3个维度认识进程：

    1.程序维度（这个进程在执行什么程序。）

    2.数据维度（这个进程执行的程序，在处理什么数据。）

    3.状态维度（程序可以看做是静止的。进程是一个动态的概念，有生命周期。程序运行，则进程创建；程序不执行，则进程没有了。）

四、进程的状态

    1.进程的几种状态（仅做参考）：

        （1）new 起始状态

        （2）terminated 终止状态

        （3）ready 就绪状态（一个程序已经全部驻留在内存了，要处理的数据也已经到位了，只要把CPU给它，程序就可以一条一条执行下去了。）

        （4）running 执行状态（正在利用CPU执行程序。）

        （5）waiting 等待状态（还没有准备好，还在等某一个资源。可能是IO设备的资源，也可能是等待对方设备的通信资源。eg:一个程序执行到了输入语句上面，它在等待输入设备给它一个输入语句，即使给了CPU也做不下去。）

    2.注意：一定有起始状态和终止状态，在一个OS设计时，定义了、设计了多少状态，就有多少状态，未必是如上列出的状态。

    3.进程状态迁移示例：

五、进程控制块（Process Control Block PCB）

    1.进程通常与下列信息关联：

        （1）Process state 进程的状态

        （2）Program counter 某个寄存器，总是指向下一条要执行的指令。

        （3）CPU registers

        （4）CPU scheduling information CPU调度的信息

        （5）Memory-management information 所有和内存管理相关的信息

        （6）Accounting information 记账信息

        （7）I/O status information

    2.每一个进程，都有一个PCB。PCB是在内存里面驻留的，反映进程概念的对应的一个实体（1对1的关系）。

    3.THAT SPECIFIC TO THE PROCESS：

        如果某一个数据结构、某一个信息是要两个进程共享的，那么，不要放到PCB里面去。

        只有那些关于某个进程独占的信息，才放到PCB里面去。

        目的是控制PCB的大小。

    4.PCB示例（以Linux PCB为例）

    process state 进程状态

    process number 进程号，正整数，不允许重复

    program counter 指向代码的指针位置的一个寄存器

    registers 通用的寄存器

    memory limits 关于内存使用的上下界限寄存器的值

    list of open files 进程已经打开的文件的列表

六、进程调度队列，动态反映操作系统的全貌

    1.Job queue 作业队列，等待进入计算机系统的待处理任务（想执行的程序，还没有开始执行，还不是进程，还没有装入内存）

    2.Ready queue 等待队列，驻留内存，准备就绪，等待CPU

    3.Device queues I/O设备队列，等待I/O设备的进程

七、一个进程在队列间的迁移

八、进程上下文切换（Context Switch）

    1.单个CPU任何时候只能为一个进程服务；

    2.当CPU转向为另外一个进程服务时，它必须保存原有（转换前）进程的状态，装入待服务（转换后）进程的状态，也即“进程上下文切换”；

    3.“状态”指寄存器、标志位、堆栈等当前值；

    4.上下文切换时间是一种额外开销（overhead），因为期间CPU不做对用户进程直接有益的事；

    5.上下文切换时间决定于CPU硬件支持力度。

    解释：程序在运行的时候，为了追求高效率，希望把它的变量是放在寄存器里面，而不是内存里面。最起码是放在内存里面，而不是放在磁盘里面。

    进程在运行的时候，一定会用到寄存器。然而寄存器的数量是极其有限的。只能把关键的、使用频繁的变量放入寄存器。

    解决方案：

        要让PCB1用CPU之前，先要把原来的CPU保存的寄存器的值，保留起来。（保存PCB0的现场）

        把PCB1的寄存器的值，装入CPU。（布置PCB1的现场）

1.暂时没弄明白的

    系统调用、fork、execve、文件描述符、句柄

参考文献：

1.《操作系统概念》

2.操作系统-浙江大学