? 對進程的初步描述

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一.和進程有關的一些概念

①一個進程就是一個正在執行程序的實例，包括程序計數器，寄存器和變量的當前值。

從概念上說，每個進程擁有它自己的虛擬CPU，當然真實的CPU在各個進程之間來回切換。

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②在某一瞬間，CPU只能運行一個進程，但在一秒鐘時間他可以運行多個進程，這一就產生了并行的錯覺，

通產這就是人們所說的偽并行。

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③在偽并行狀態下CPU在進程之間的快速切換稱為多道程序設計。

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④一個進程是某種類型的一個活動，他有程序，輸入，輸出以及狀態，單個處理器可以被若干個狀態進程共享，它使用某種調度算法

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決定何時停止一個進程的工作，并轉而為另外一個進程提供服務，值得注意的是一個進程如果運行了2遍則算作2個進程。

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二.進程的創建

㈠有4種主要的方式創建進程

①系統初始化

②執行了正在運行的進程所調用的進程創建了系統調用

③用戶請求創建一個新的進程

④一個批處理作業的初始化

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㈡一些和進程創建有關的概念

①停留在后臺諸如電子郵件，web頁面，新聞，打印之類活動的進程稱為守護進程

②在UNIX系統中，只有一個系統調用可以用來創建新進程：fork，這個系統調用會創建一個與調用進程相同的副本

③在windows中，情形正好相反，一個Win32函數調用CreatProcess既處理進程的創建，也負責把正確的程序裝入新的進程。

④在UNIX系統中，子進程的的初始地址空間是父進程的一個副本，但這里涉及兩個不同的地址空間，不可寫的內存區是共享的

⑤在windows中，從一開始父進程的地址空間和子進程的地址空間就是不同的

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三.進程的終止

進程通常有4種方式終止

①正常退出

②出錯退出（自愿的）

③嚴重錯誤（非自愿）

④被其他進程殺死

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多數進程是由于完成了他們的工作而終止，

Unix中該系統調用是exit，而在windows中相關的系統調用時ExitProcess

Unix中結束進程的系統調用是Kill,Win32對應的函數是TerminateProcess

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四.進程的層次結構

某些系統中,當進程創建了另一個進程后,父進程和子進程就以某種形式繼續保持關聯,

子進程可以創建更多的進程,但注意的進程只有一個父進程,這與有性繁殖不同;

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在Unix中,進程和他所有的子女以及后代共同組成了一個進程組,當用戶從鍵盤發出一個信號時,該信號被送到當前與鍵盤相關的進程

組中的所有成員(他們通常是當前窗口創建的所有活動進程),每個進程可以分別捕獲該信號,忽略該信號,忽略該信號或采取默認動作,

即該信號被殺死)

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這里還有一個例子,可以用來說明進程的層次的作用,考慮UNIX在啟動時如何初始化自己,一個稱為Init的特殊進程出現在啟動的映像

中,當它開始運行時,讀入一個說明終端數量的文件,接著,為每個終端創建一個新的進程,這些進程等待用戶的登錄,如果有一個用戶登

錄成功,該登錄進程就準備一個shell準備接受命令.所有接受的這些命令會啟動更多的進程,以此類推,這樣,在整個系統中都是以Init

為根的一顆樹.

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相反Windows中沒有進程的層次概念,所有的進程都是地位相同的,唯一類似進程層次的暗示是在創建進程的時候,父進程得到一個特別的令牌(稱為句柄),該句柄可以用來控制子進程,但是它有權把這個令牌傳送給某個其他的進程,這樣就不存在進程層次了,在Unix中,進程就不能剝奪其子女的"繼承權".

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五.進程的狀態

①運行態

②就緒態

③堵塞態

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1.運行--->堵塞---->進程為等待輸入而堵塞

2.運行--->就緒---->調度程序選擇另一個進程

3.就緒--->運行---->調度程序選擇這個進程

4.堵塞--->就緒---->出現有效的輸入

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操作系統最底層的是調度程序,在它上面有許多進程,所有關于中斷處理,啟動進程和停止進程的具體細節都隱藏在調度程序中,那么是這樣么?實際上,調度程序是一段非常短小的程序.操作系統的其他部分被簡單的組織成進程的形式,不過很少有真實的系統是以這樣理想的方式構造的.

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六.進程的實現

(1)為了實現進程模型,操作系統維護著一張表(一個結構數組),即進程表(Process Table).

每個進程占用一個進程表項.(有的作者稱這為進程控制塊)

該表項包含了進程狀態的重要信息,包括程序計數器,堆棧指針,內存分配狀況,所打開的文件的狀態,帳號和調度信息,以及其他在進程

中由運行態轉換到阻塞態時必須保存的信息,從而保證該進程隨后能再次啟動,就像從未被中斷過一樣.

典型的進程表項中的一些字段

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???????? 進程管理???????????????	??????? ?存儲管理?????????????	???????? 文件管理??????????????
?寄存器	正文段指針	?根目錄 ?????????????????
程序狀態字	數據段指針????	工作目錄
程序計數器	堆棧段指針	文件描述符
堆棧指針	用戶ID	?
進程狀態 ?	組ID	?
優先級	?	?
調度參數	?	?
進程ID	?	?
父進程?父進程	?	?
進程組	?	?
信號	?	?
進程開始時間	?	?
使用CPU時間	?	?
子進程的CPU時間	?	?
下次報警時間

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(2)在了解了進程表后,就可以對單個(或者每一個)CPU上如何維持多個順序進程做出更多的描述

與每一個IO關聯的是一個稱為中斷向量(interrupt vector)的位置(靠近內存底部的固定區域),它包括中斷服務程序的入口地址.假設

當多個磁盤中斷發生時,用戶進程3正在運行,則中斷硬件將程序計數器,程序狀態字,有時還有一個或多個寄存器壓入堆棧,計算機隨機

跳轉到中斷所指示的地址,這些是硬件完成的所有操作,然后軟件,特別是中斷服務例程就接管剩余的工作.

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所有的中斷程序都從保存寄存器開始,對于當前進程而言,通常實在進程表項中,隨后,會從堆棧中刪除由硬件中斷機制存入堆棧的那部

分信息,并將堆棧指針指向一個由進程處理程序所使用的臨時堆棧,一些諸如保存寄存器值和設置堆棧指針等操作,無法用C語言這類高

級語言描述,所以這些操作通過一個短小的匯編語言例程來完成,通常該例程可以供所有的中斷使用,因為無論中斷是怎么樣引起的,有

關保存寄存器的工作則完全是一樣的.

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當該例程結束后,他調用一個C過程處理某個特別定的中斷類型剩下的工作,.在完成有關工作之后,大概就會使某些進程就緒,接著調用

調度程序,決定隨后該運行哪個進程,隨后將控制轉給一段匯編代碼,為當前的進程裝入寄存器值以及內存映射并啟動該進程運行,

當該進程結束時,操作系統顯示一個提示符并等待新的命令,一旦它接到新命令,就能裝入新的程序進入內存,覆蓋前一個程序.

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(3)中斷發生后操作系統底層所做的一些事情

1.硬件壓入堆棧程序計數器等.

2.硬件從中斷向量裝入新的程序計數器.

3.匯編語言過程保存寄存器值.

4.匯編語言過程設置新的堆棧,

5.C中斷服務例程運行(典型的讀和緩沖輸入)

6.調度程序決定下一個將運行的進程

7.匯編語言過程開始運行新的當前進程

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七.多道程序設計模型

設進程得到IO操作的時間與其停留在內存中的時間的比為P.當內存中同時有n個進程時(n也被稱為多道程設計的道數),

CPU的利用率 = 1 - P的n次方

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并行:進程和IO同步

并發:多個程序同步執行

一個計算的若干操作必須按照嚴格的先后次序順序地執行，這類計算過程就是程序的順序執行過程

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(1)多道程序設計應該考慮到的3個問題:

1.存儲保護

主存儲器中同時存放了多個作業的程序,為了避免相互干擾,必須提供必要的手段使得主存儲器中的各道程序只能訪問自己的區域

2.程序浮動

程序可以隨機的從主存儲器的一個區域移動到另一個區域,程序被移動后,仍然不絲毫不影響他的執行,這種技術稱為程序浮動

3.資源的分配和調度

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(2)并行工作倒數與系統效率不成正比

1.主存儲器空間大小限制了可同時裝入的程序數量.

2.外圍設備的數量也是一個制約條件

3.多個程序同時要求使用同一資源的情況也會經常發生

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進程的一些基本的概念的筆記......備份....