23进程及其实现

23进程及其实现内容摘要：

统例行程序以获得服务，这就是一次 模式切换 ， •内核在被中断了的进程的上下文中对这个中断事件作处理，即使该中断可能不是此进程引起的。 CPU模式切换 (2) 模式切换的步骤 •保存被中断进程的处理器现场信息。 •根据中断号置程序计数器。 •把用户状态切换到内核状态 ，以便执行中断处理程序。 CPU模式切换与进程上下文切换 •模式切换不同于进程切换，它并不引起进程状态变化，也不一定引起进程的切换，在完成了中断调用之后，完全可以再通过一次逆向的模式切换来继续执行用户进程。 UNIX进程上下文切换和模式切换 (1) •两类进程：系统进程和用户进程 ， 系统进程在核心态下执行操作系统代码 ，用户进程在用户态下执行用户程序。 • 用户进程因中断和系统调用进入内核态 ， 系统进程开始执行 ， 两个进程使用同一个 PCB， 实质上是一个进程。 但所执行的程序不同 ， 映射到不同物理地址空间 、 使用不同堆栈。 UNIX中进程上下文切换和模式切换 (2) 核心态 运行 系统调用或中断 (隐含模式切换 ) 模式切换 用户态 运行 等待 状态 就绪 状态 发生事件 唤醒 调度进程 中断、 中断返回 允许的上下文切换切换 进程的控制 原语 (1) •处理器管理的一个主要工作是对进程的控制，包括：创建进程、阻塞进程、唤醒进程、挂起进程、激活进程、终止进程和撤销进程等。 •这些控制和管理功能是由操作系统中的原语来实现的。 原语 (2) • 原语 (Primitive)是在管态下执行、完成系统特定功能的过程。 •原语和机器指令类似，其特点是执行过程中不允许被中断，是一个不可分割的基本单位，原语的执行是顺序的而不可能是并发的。 •一种原语的实现方法是以系统调用方式提供原语接口，且采用屏蔽中断的方式来实现原语功能，以保证原语操作不被打断的特性。 进程的创建 (1) 进程创建来源于以下事件 ： •提交一个批处理作业。 •在终端上交互式的登录。 •操作系统创建一个服务进程。 •存在的进程孵化 （ spawn） 新的进程。 进程的创建 (2) • 生成进程称父进程 (Parent Process)， 被生成进程称子进程 (Child Process) 、 即一个父进程可以创建子进程 ， 从而形成树形结构。 进程的创建过程 (1) • 在进程表中增加一项 ， 并从 PCB池中取一个空白 PCB。 • 为新进程的进程映像分配地址空间。 传递环境变量 ， 构造共享地址空间。 • 为新进程分配资源 ， 除内存空间外 ， 还有其他各种资源。 进程的创建过程 (2) • 查找辅存 ， 找到进程正文段并装到正文区。 • 初始化进程控制块 ， 为新进程分配进程标识符 ， 初始化 PSW。 • 加入就绪进程队列 ， 或直接将进程投入运行。 • 通知操作系统的某些模块 ， 如记账程序 、 性能监控程序。 进程的创建过程 (3) •Linux fork( ) 创建子进程但父子进程不共享内容 •Linux clone( ) 允许定义父子进程共享的内容 •Linux中认为线程就是共享上下文的进程 2 进程的阻塞和唤醒 (1) 进程阻塞的步骤如下： •停止进程执行 ， 保存现场信息到PSW。 •修改 PCB的有关内容 ， 如进程状态由运行改为等待等。 •把修改状态后的 PCB加入相应等待进程队列。 进程的阻塞和唤醒 (2) 进程唤醒的步骤如下： •从相应等待进程队列中取出 PCB。 •修改 PCB有关信息 ， 如进程状态等。 •把修改后 PCB加入有关就绪进程队列。 3 进程的撤销 (1) 进程撤销的主要原因 (1)： •进程正常运行结束。 •进程执行了非法指令。 •进程在常态下执行了特权指令。 •进程运行时间超越了分给的最大时间段。 •进程等待时间超越了设定的最大等待时间。 •进程申请的内存超过了系统能提供最大量。 •越界错误。 进程的撤销 (2) 进程撤销的主要原因 (2)： •对共享内存区的非法使用。 •算术错误 ， 如除零和操作数溢出。 •严重的输入输出错误。 •操作员或操作系统干预。 •父进程撤销其子进程。 •父进程撤销。 •操作系统终止。 进程的撤销 (3) 撤销原语终止进程具体步骤 •根据撤销进程标识号 ， 从相应队列中找到它的 PCB； •将该进程拥有的资源归还给父进程或操作系统； •若该进程拥有子进程 ， 应先撤销它的所有子孙进程 ， 以防它们脱离控制； •撤销进程出队 ， 将它的 PCB归还到 PCB池。 4 进程的挂起和激活 (1) • 挂起原语执行过程如下：检查要被挂起进程的状态，若处于活动就绪态就修改为挂起就绪，若处于阻塞态，则修改为挂起阻塞。 •被挂起进程 PCB的非常驻部分要交换到磁盘对换区。 进程的挂起和激活 (2) •激活原语主要工作：把进程 PCB非常驻部分调进内存，修改它的状态，挂起等待态改为等待态，挂起就绪态改为就绪态，排入相应队列中。 •挂起原语既可由进程自己也可由其他进程调用，但激活原语却只能由其他进程调用。 实例研究 :UNIX SVR4的 进程管理 • UNIX SVR4采用基于用户进程的运行模型 ， 操作系统功能在用户进程的环境中执行 ， 需要在用户和内核模式间切换。 • UNIX SVR4允许两类进程：用户进程和系统进程。 系统进程在内核模式下执行 ，完成系统的一些重要功能。 用户进程在用户模式下执行用户程序 ， 系统调用 、中断和异常将引起模式切换。 UNIX SVR4 进程状态 • user running： • kernel running： • preempted： • ready to run, in memory： • Asleep in memory： •ready to run, swapped： •sleeping, swapped： •zombie： UNIX SVR4进程状态及其转换 内存就绪 用户态 运行 内核态 运行 被剥夺 就绪换出 创建 内存 睡眠 睡眠 换出 僵死 返回用户模式 系统调用或中断 返回 剥夺 选中 退出 中断， 中断返回。