第二章 2.2 进程的控制

进程控制的基本过程：1）进程的创建 2）进程的终止 3）进程的阻塞与唤醒 4）进程的挂起与激活

系统中运行的进程并不都是孤立的，有的进程运行后，会调用其他进程来执行，这样就组成了进程间的父子关系

• 可用 “进程图”描述一个进程的家族关系，该图实际就是一种有向树
• 进程间的父子关系关系着资源的继承。创建和撤销进程时，其父、子进程要相应的被影响

进程的创建过程：（ 过程不能被打断 ）

• 申请空白PCB
• 为新进程分配资源
  - 主要是内存资源的处理
• 初始化进程控制块
  - 标识符（包括父进程的）、程序计数器指向程序入口地址，就绪态、优先级等信息的填写。
• 将新进程插入就绪队列

原语是由若干指令构成的原子操作过程，作为整体实现功能，不可被打断

• OS通过调用进程创建原语Creat()创建新进程
• 其他各控制工作也都是由OS内核以“原语”的方式实现，以保证不被打断

进程的终止：

• 引起终止的事件
  • 正常结束
  • 异常结束
    - 内存越界错误
    - 保护错（权限错，如修改只读文件等）
    - 非法指令（不存在的指令，程序异常转向而把数据当指令）
    - 特权指令错（用户态程序试图执行只有OS可执行的指令）
    - 运行超时、运算错、i/o故障等
  • 外界干预
    - 操作员或操作系统干预（死锁时，可人为结束）
    - 父进程请求终止子进程
    - 父进程终止，子孙进程也跟着终止
• 终止过程：（对上述事件，OS调用内核终止原语，执行下列过程）
  - 根据进程标示符，检索出该进程PCB，读其状态
  - 归还全部资源至其父进程或系统
  - 将该进程PCB从所在队列或链表中移出

进程的阻塞与唤醒：（ 引起进程阻塞和唤醒的事件 ）

• 请求系统服务的满足情况
• 启动某种需等待（I/O）操作
• 合作需要的新数据尚未到达
• 执行某功能的进程暂时无新工作可做(如发送数据进程)

阻塞与唤醒的过程：

• 由进程调用阻塞原语阻塞自己，是主动行为
  - 将PCB中的状态改为阻塞
  - 该PCB加入到阻塞队列中
  - 转进程调度，将处理机分配给另一进程
  - 进行进程切换，即根据两切换进程的PCB，保护与重新设置处理机状态
• 阻塞与唤醒原语作用相反，成对使用（阻塞进程等待的事件发生时，有关进程(如放弃该资源的进程)调用唤醒原语把等待该事件的进程唤醒）
  - 把阻塞进程从等待该事件的阻塞队列中移出
  - 将其PCB中的现行状态改为就绪
  - 将PCB插入到就绪队列中

进程的挂起与激活：（ 挂起原语将指定进程或阻塞进程挂起 ）

• 检查被挂起进程的状态，活动就绪则改为静止就绪，活动阻塞则改为静止阻塞
• 将该PCB复制到内存（方便检查）/外存（对换）指定区域
• 若挂起的进程是执行态，则需重新进行进程调度
  • 注意：进程只能挂起自己或其子孙进程

激活原语的执行过程：

• 若挂起进程在外存上，将其调入内存
• 检查进程状态，若处于静止就绪，则改为活动就绪，若处于静止阻塞，则改为活动阻塞

2.3 进程同步:

进程同步的主要任务：使并发执行的诸进程之间能有效地 共享资源 和 相互合作 ，从而使程序的执行具有 可再现性

临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源

互斥：在操作系统中，当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，直到占用临界资源的进程退出临界区，我们称进程之间的这种相互制约关系为“互斥”

同步：多个相互合作的进程，在一些关键点上可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约关系称为进程同步关系。可理解为“有序”

临界区：每个进程中访问临界资源的 那段代码 叫临界区

同步机制遵循的规则：

• 空闲让进：资源使用最基本原则
• 忙则等待：保证互斥
• 有限等待：合适时被唤醒防止死等
• 让权等待：能主动释放CPU防止忙等

同步控制的关键：不应被打断（原语，OS核心态运行），不被打断的进行标志值的判断和修改

硬件同步机制：（ 进入临界区往往跟其标志有关，可将标志看做一个锁，“锁开”进入并关锁，“锁关”必须等待，初始时锁是打开的 ）

• 关中断：（ 进入锁测试前关闭中断，直到完成锁测试并上锁后才能打开中断。进程在临界区执行期间，系统不响应中断，从而不引发调度 ）
  - 滥用风险
  - 关中断时间过长会影响效率，限制CPU交叉执行能力
  - 不适用于多CPU系统
• Test-and-Set 指令
• Swap 指令