計算機(jī)操作系統(tǒng)（第二版）課件：進(jìn)程的概念

進(jìn)程概念進(jìn)程定義和特征進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換進(jìn)程控制塊PCBLinux進(jìn)程狀態(tài)解析彈幕給出問題課前學(xué)習(xí)中不理解的問題希望老師重點(diǎn)講解的內(nèi)容3.2進(jìn)程概念分析進(jìn)程的定義（講授）分析總結(jié)進(jìn)程的特征分析說明進(jìn)程映像包含哪些內(nèi)容？分析進(jìn)程與程序的區(qū)別與聯(lián)系？分析說明進(jìn)程三種基本狀態(tài)的概念及轉(zhuǎn)換情況創(chuàng)建態(tài)和終止態(tài)的含義及轉(zhuǎn)換情況Linux/openEuler系統(tǒng)中進(jìn)程狀態(tài)設(shè)置（講授）進(jìn)程控制塊PCB的內(nèi)容（逐步討論）3.2進(jìn)程概念3.2.1進(jìn)程的定義及特征1.簡單定義：一個程序的一次運(yùn)行過程。2.特征：動態(tài)性：進(jìn)程最基本的特征并發(fā)性：程序在建立進(jìn)程后并發(fā)運(yùn)行獨(dú)立性：是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位

異步性：進(jìn)程以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)定義：可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個獨(dú)立單位。3.2進(jìn)程概念兩個廚師照著一份菜譜做菜菜譜材料煤氣灶鍋碗瓢盆3.2進(jìn)程概念3.進(jìn)程映像:進(jìn)程實體的組成321相關(guān)數(shù)據(jù)集(變量、工作空間，緩沖區(qū)等)棧：內(nèi)核棧/用戶?？蓤?zhí)行的程序（段）進(jìn)程結(jié)構(gòu)特征3.2.1進(jìn)程的定義及特征4PCB擴(kuò)展閱讀：函數(shù)調(diào)用過程中棧到底是怎么壓入和彈出的？/question/22444939問題：程序執(zhí)行過程中棧的作用是什么？PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識哪個小組來分析一下進(jìn)程實體的組成部分？Shell>gcc–S–otest.stest.c3.2進(jìn)程概念從定義上看，進(jìn)程是程序處理數(shù)據(jù)的過程，而程序是一組指令的有序集合；進(jìn)程具有動態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性和異步性等，而程序不具有這些特性；從進(jìn)程結(jié)構(gòu)特性上看，它包含程序、數(shù)據(jù)（棧）和PCB；進(jìn)程和程序并非一一對應(yīng)：通過多次執(zhí)行，一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程；通過調(diào)用關(guān)系，一個進(jìn)程可執(zhí)行多個程序。4.進(jìn)程與程序的區(qū)別與聯(lián)系3.2.1進(jìn)程的定義及特征18思考題：討論2個程序在不同操作系統(tǒng)環(huán)境中的運(yùn)行情況

程序A：打印工資報表的程序；程序B：計算1000以內(nèi)所有素數(shù)并依次顯示計算結(jié)果。3.2進(jìn)程概念（1）在不支持多進(jìn)程的操作系統(tǒng)下運(yùn)行：順序執(zhí)行A、B，你看到的處理過程是怎樣的？（2）在支持多進(jìn)程的操作系統(tǒng)下運(yùn)行，你看到的處理過程是怎樣的？進(jìn)程和程序的一個本質(zhì)區(qū)別是（）前者分時使用CPU，后者獨(dú)占CPU前者存儲在內(nèi)存，后者存儲在外存前者在一個文件中，后者在多個文件中前者為動態(tài)的，后者為靜態(tài)的ABCD提交單選題10分并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的相對速度是（）由進(jìn)程的程序結(jié)構(gòu)決定的由進(jìn)程自己來控制的與進(jìn)程調(diào)度策略有關(guān)的在進(jìn)程被創(chuàng)建時確定的ABCD提交單選題10分3.2進(jìn)程概念就緒狀態(tài)：

進(jìn)程分配到必要的資源，等待獲得CPU執(zhí)行的狀態(tài)。組織成一個或多個就緒隊列。運(yùn)行狀態(tài)：

進(jìn)程已經(jīng)分配到CPU，正在CPU上執(zhí)行時的狀態(tài)阻塞狀態(tài)（等待狀態(tài)、睡眠狀態(tài)）：

正在執(zhí)行的進(jìn)程由于等待某事件的發(fā)生而暫時無法繼續(xù)執(zhí)行時，便放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)。組織成一個或多個阻塞隊列。3.2.2進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換1.三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換進(jìn)程有哪三種基本狀態(tài)？各自的含義是什么？運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)阻塞態(tài)等待事件

(系統(tǒng)服務(wù)請求，如請求I/O)

被調(diào)度或分派時間片用完事件發(fā)生3.2進(jìn)程概念3.2.2

進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換1.三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換問題：正在運(yùn)行的進(jìn)程當(dāng)時間片用完了會轉(zhuǎn)變成什么狀態(tài)呢？問題：正在運(yùn)行的進(jìn)程需要等待某個事件的發(fā)生，如I/O操作的完成，會轉(zhuǎn)變成什么狀態(tài)呢？問題：處于等待狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)所等待的事件已經(jīng)發(fā)生時，會轉(zhuǎn)變成什么狀態(tài)呢？問題：處于等待狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)所等待的事件已經(jīng)發(fā)生時，能否直接轉(zhuǎn)變成運(yùn)行態(tài)呢？進(jìn)程三種基本狀態(tài)是如何轉(zhuǎn)換的？3.2進(jìn)程概念3.2.2

進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換3.創(chuàng)建狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)阻塞態(tài)等待事件

被調(diào)度或分派時間片用完事件發(fā)生創(chuàng)建態(tài)創(chuàng)建完成終止態(tài)終止問題：創(chuàng)建狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)的含義？引入后會增加哪些狀態(tài)轉(zhuǎn)換？TASK_RUNNING 可執(zhí)行狀態(tài)TASK_INTERRUPTIBLE 可中斷睡眠狀態(tài)TASK_UNINTERRUPTIBLE 不可中斷睡眠狀態(tài)TASK_STOPPED 暫停狀態(tài)TASK_TRACED跟蹤狀態(tài)TASK_DEAD

終止態(tài)TASK_WAKEKILL可響應(yīng)致命信號的不可中斷睡眠態(tài)EXIT_ZOMBIE僵尸態(tài)EXIT_DEAD終止態(tài)

3.2.3Linux/openEuler進(jìn)程狀態(tài)解析1.進(jìn)程狀態(tài)設(shè)置2.6.24

3.2進(jìn)程概念stateexit_state更多狀態(tài)查看：task_struct結(jié)構(gòu):/include/linux/sched.h3.2.3Linux/openEuler系統(tǒng)進(jìn)程狀態(tài)解析2.Linux/openEuler進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

在進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，下列哪一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換是不可能發(fā)生的？就緒態(tài)→運(yùn)行態(tài)運(yùn)行態(tài)→就緒態(tài)運(yùn)行態(tài)→等待態(tài)阻塞態(tài)→運(yùn)行態(tài)ABCD提交單選題10分某進(jìn)程在運(yùn)行過程中需要等待從磁盤上讀入數(shù)據(jù)，此時該進(jìn)程的狀態(tài)將（）。從就緒變?yōu)檫\(yùn)行從運(yùn)行變?yōu)榫途w從運(yùn)行變?yōu)樽枞麖淖枞優(yōu)榫途wABCD提交單選題10分3.2.2

進(jìn)程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換思考題：對下列狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，回答后面的問題。

運(yùn)行1234

阻塞

就緒（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)換1的發(fā)生是否會引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換3的發(fā)生？需要什么條件？（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換4的發(fā)生是否會引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換3的發(fā)生？需要什么條件？1、進(jìn)程的組成①程序、數(shù)據(jù)

描述進(jìn)程本身應(yīng)完成的功能

②棧

過程調(diào)用相關(guān)信息：返址、參數(shù)傳遞、局部變量等③PCB進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識記錄進(jìn)程的動態(tài)特征、與其他進(jìn)程和系統(tǒng)資源的關(guān)系。3.2進(jìn)程概念3.2.4

進(jìn)程控制塊PCB

(processcontrolblock)程序數(shù)據(jù)PCB棧3.2進(jìn)程概念3.2.4進(jìn)程控制塊（PCB)2.進(jìn)程控制塊的內(nèi)容

進(jìn)程標(biāo)識信息：進(jìn)程標(biāo)識符：PID用戶標(biāo)識符家族關(guān)系

進(jìn)程調(diào)度信息：進(jìn)程狀態(tài)；進(jìn)程優(yōu)先級；進(jìn)程的時間片；等待事件；其他調(diào)度相關(guān)信息進(jìn)程標(biāo)識信息進(jìn)程調(diào)度信息進(jìn)程現(xiàn)場信息進(jìn)程控制信息openEuler系統(tǒng)：task_structkernel/include/linux/

sched.h3.2進(jìn)程概念3.2.4進(jìn)程控制塊（PCB)2

.進(jìn)程控制塊的內(nèi)容

進(jìn)程現(xiàn)場信息：通用寄存器內(nèi)容PCB中會存放哪些現(xiàn)場信息？32位CPU有8個32位的通用寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP和ESP

。EAX：稱為累加器，可用于乘、除、輸入/輸出等操作；EBX:稱為基地址寄存器,可作為存儲器指針來使用；ECX:稱為計數(shù)寄存器,控制循環(huán)次數(shù)；EDX:稱為數(shù)據(jù)寄存器,在進(jìn)行乘、除運(yùn)算時，作為默認(rèn)的操作數(shù)參與運(yùn)算，也可用于存放I/O的端口地址。ESI：變址寄存器，是內(nèi)存移動和比較操作的源地址寄存器；EDI：變址寄存器，是內(nèi)存移動和比較操作的目標(biāo)地址寄存器EBP：指針寄存器，存放堆棧幀的始址；ESP:指針寄存器，當(dāng)前堆棧棧頂位置。3.2進(jìn)程概念3.2.4進(jìn)程控制塊（PCB)2

.進(jìn)程控制塊的內(nèi)容

進(jìn)程現(xiàn)場信息：通用寄存器內(nèi)容段寄存器內(nèi)容段寄存器是根據(jù)內(nèi)存分段的管理模式而設(shè)置的。內(nèi)存單元的物理地址由段寄存器的值和一個偏移量組合而成。32位CPU有6個，16位CPU有4個

。CS：代碼段寄存器，其值為代碼段的段地址；DS：數(shù)據(jù)段寄存器，其值為數(shù)據(jù)段的地址；ES：附加段寄存器，其值為附加數(shù)據(jù)段的地址；SS：堆棧段寄存器，其值為堆棧段的地址；FS：附加段寄存器，其值為附加數(shù)據(jù)段的地址；GS：附加段寄存器，其值為附加數(shù)據(jù)段的地址。10movr1,[500]0500599100程序地址空間movr1,[500]01000150010256k-115991100內(nèi)存空間3.2進(jìn)程概念3.2.4進(jìn)程控制塊（PCB)2

.進(jìn)程控制塊的內(nèi)容

進(jìn)程現(xiàn)場信息：通用寄存器內(nèi)容段寄存器內(nèi)容指令計數(shù)器的值movr1,[500]01000150010256k-115991100內(nèi)存空間10movr1,[500]0500599100程序地址空間CS：IP段內(nèi)偏移量段始址3.2進(jìn)程概念3.2.4進(jìn)程控制塊（PCB)2

.進(jìn)程控制塊的內(nèi)容

進(jìn)程現(xiàn)場信息：通用寄存器內(nèi)容段寄存器內(nèi)容指令計數(shù)器的值程序狀態(tài)字(PSW)棧指針中斷允許位、陷入標(biāo)志、任務(wù)嵌套標(biāo)志、特權(quán)標(biāo)志、溢出標(biāo)志、符號標(biāo)志、零標(biāo)志、進(jìn)位標(biāo)志等openEuler系統(tǒng)：kernel/arch/arm64/include/asm/

processor.h棧幀寄存器3.2進(jìn)程概念

進(jìn)程控制信息：

程序和數(shù)據(jù)地址；

進(jìn)程同步信息進(jìn)程通信信息；

資源管理信息；

鏈接指針3.2.4進(jìn)程控制塊2.進(jìn)程控制塊內(nèi)容PCB中會存放哪些進(jìn)程控制信息？3.進(jìn)程控制塊的組織方式：鏈表、樹3.2.4進(jìn)程控制塊3.進(jìn)程控制塊的組織方式：鏈表、樹

就緒隊列

執(zhí)行進(jìn)程

阻塞隊列

空白PCB隊列ready_q_star