一、进程的基本概念
定义: 进程是计算机中正在运行的程序的实例。每个进程都有自己的内存空间、数据栈以及其他系统资源,如打开的文件和网络连接。进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
组成: 进程通常由程序段、数据段和进程控制块(PCB)三部分组成。程序段是程序的代码,数据段是运行过程中产生的各种数据,而PCB则用于记录和管理进程的各种信息,如进程状态、程序计数器、寄存器值等。
特征:
独立性:进程是系统中独立运行的基本单位,每个进程都有自己的地址空间和资源,相互之间不会直接影响。
并发性:系统中可以同时存在多个进程,并且这些进程能够并发执行。
动态性:进程是动态创建、执行和销毁的。
异步性:各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。
结构性:每个进程都会配置一个PCB。
二、进程的创建与终止
创建: 操作系统在以下情况下会创建进程: 1、当用户启动一个程序时。 2、当一个程序需要执行某些操作,而这些操作需要在独立的执行环境中进行时。 3、当操作系统自身需要执行某些任务时。 创建过程包括分配空间、初始化PCB、加载程序、设置上下文以及将新进程加入调度队列等步骤。
终止: 进程可以因正常结束、异常结束或外界干预等原因而终止。终止过程包括从PCB集合中找到终止进程的PCB、剥夺CPU(如果进程正在运行)、终止其所有子进程、归还资源以及删除PCB等步骤。
三、进程的状态与转换
状态:进程的状态包括创建态、就绪态、运行态、阻塞态和终止态。这些状态通过进程控制块中的变量来表示。
转换:进程的状态可以根据一定的事件和条件进行转换,如创建事件导致进程从创建态转换为就绪态,分配CPU时间片导致进程从就绪态转换为运行态等。
四、进程的调度与切换
调度:进程调度是指在多个等待使用处理器的进程中,按照一定策略选择合适的进程,使之拥有处理器的使用权而进入运行。调度策略包括时间片轮转法、优先级调度法和多级反馈队列调度法等。
切换:进程切换是指从正在运行的进程中收回处理器,并使待运行进程占用处理器的过程。这包括保存当前进程的上下文、更新处理器的寄存器以及恢复待运行进程的上下文等步骤。
五、进程的同步与通信
同步:进程同步是指对系统中的多个进程在对共享资源的使用出现竞争时进行控制和协调,以确保系统的正确性和效率。这通常通过同步机制来实现,如互斥锁、信号量等。
通信:进程间通信是指两个或多个进程之间交换数据和信息的过程。常见的通信方式包括共享存储、消息传递和管道通信等。
六、进程的其他管理
进程的挂起与恢复:操作系统可以提供进程挂起服务模块和进程恢复服务模块,以支持进程的挂起和恢复操作。挂起操作通常是由于终端用户的需要、父进程请求、负荷调节的需要或操作系统的需要等原因而进行的。
进程的优先级与资源利用:操作系统可以根据进程的优先级来分配资源和进行调度。优先级高的进程可以获得更多的CPU时间和系统资源。同时,操作系统还会记录系统资源的利用情况,如CPU利用率、进程运行时间等,用于系统性能分析和优化。