文档介绍：计算机操作系统
计算机科学与技术系
赵绪营
主要内容
引论
操作系统用户界面
进程管理
处理机调度
存储管理
文件系统
设备管理
第3章进程管理
进程的概念
进程的描述
进程状态及其转换
进程控制
进程互斥
进程同步
进程通信
死锁问题
线程的概念
线程分类与执行
进程的描述
系统中需要有描述进程存在和能够反映其变化的物理实体,即进程的静态描述。
进程的静态描述由三部分组成:进程控制块PCB,有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。
进程控制块包含了有关进程的描述信息、控制信息以及资源信息,是进程动态特征的集中反映。系统根据PCB感知进程的存在和通过PCB中所包含的各项变量的变化,掌握进程所处的状态以达到控制进程活动的目的。
由于进程的PCB 是系统感知进程的唯一实体,因此,在几乎所有的多道操作系统中,一个进程的PCB结构都是全部或部分常驻内存的。
进程的程序部分描述进程所要完成的功能。而数据结构集是程序在执行时必不可少的工作区和操作对象。
这两部分是进程完成所需功能的物质基础。由于进程的这两部分内容与控制进程的执行及完成进程功能直接有关,因而,在大部分多道操作系统中,这两部分内容放在外存中,直到该进程执行时再调入内存。下面分别介绍进程的PCB结构、程序与数据结构集。
进程控制块PCB
PCB包含一个进程的描述信息、控制信息及资源信息,有些系统中还有进程调度等待所使用的现场保护区。
PCB 集中反映一个进程的动态特征。在进程并发执行时,由于资源共享,带来各进程之间的相互制约。
显然,为了反映这些制约关系和资源共享关系,在创建一个进程时,应首先创建其 PCB,然后才能根据PCB 中信息对进程实施有效的管理和控制。当一个进程完成其功能之后,系统则释放PCB,进程也随之消亡。
一般来说,根据操作系统的要求不同,进程的 PCB所包含的内容会多少有所不同。但是,下面所示基本内容是必需的:
(1) 描述信息
①进程名或进程标识号
②用户名或用户标识号
③家族关系
(2) 控制信息
①进程当前状态
进程在活动期间可分为初始状态、就绪状态、执行状态、等待状态和终止状态。
②进程优先级
进程优先级是选取进程占有处理机的重要依据。与进程优先级有关的PCB表项有:
a. 占有CPU时间;
b. 进程优先级偏移;
c. 占据内存时间等。
③程序开始地址
④各种计时信息
给出进程占有和利用资源的有关情况。
⑤通信信息
通信信息用来说明该进程在执行过程中与别的进程所发生的信息交换情况。
(3) 资源管理信息
PCB 中包含最多的是资源管理信息,包括有关存储器的信息、使用输入输出设备的信息、有关文件系统的信息等。这些信息有:
①占用内存大小及其管理用数据结构指针,例如后述内存管理中所用到的进程页表指针等。
②在某些复杂系统中,还有对换或覆盖用的有关信息,如对换程序段长度,对换外存地址等。这些信息在进程申请、释放内存中使用。
③共享程序段大小及起始地址。
④输入输出设备的设备号,所要传送的数据长度、缓冲区地址、缓冲区长度及所用设备的有关数据结构指针等。这些信息在进程申请释放设备进行数据传输中使用。
⑤指向文件系统的指针及有关标识等。进程可使用这些信息对文件系统进行操作。
(4) CPU 现场保护结构
当前进程因等待某个事件而进入等待状态或因某种事件发生被中止在处理机上的执行时,为了以后该进程能在被打断处恢复执行,需要保护当前进程的 CPU现场(或称进程上下文)。PCB 中设有专门的 CPU现场保护结构,以存储退出执行时的进程现场数据。
总之,进程控制块PCB 是系统感知进程存在的唯一实体。通过对PCB 的操作,系统为有关进程分配资源从而使得有关进程得以被调度执行;而完成进程所要求功能的程序段的有关地址,以及程序段在进程过程中因某种原因被停止执行后的现场信息也都在PCB 中。最后,当进程执行结束后,则通过释放PCB 来释放进程所占有的各种资源。