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  • 2020-05-09 19:49:13

    要想深刻地理解进程实体和进程,有必要先了解一下PCB

    PCB(Process Control Block,程序控制块)是一种数据结构,包含进程的相关信息。系统利用PCB描述进程的情况和活动过程,并控制管理进程

    Process Control Block is a data structure that contains information of the process related to it. The process control block is also known as a task control block, entry of the process table, etc.

    进程实体(进程映像)由程序段、相关数据段和PCB构成

    进程是进程实体的运行过程,是系统进行分配、调度及执行的一个独立单元

    程序和进程的联系

    进程是程序在系统执行的基本实体,程序只是进程的一部分

    程序和进程的区别

    1. 进程由程序,数据,PCB三部分组成
    2. 程序是有序指令的集合,存放在某种介质上,是静态的,永久存在的。而进程是程序在处理机上的执行过程,是动态的,具有一定的生命周期
    3. 进程能在系统中独立运行,独立获得资源,独立接收调度。程序由于缺少数据段和PCB不能独立运行
    4. 进程能在系统中与其他进程同存于内存,并能在一段时间内同时运行(并发),而程序不能并发运行
    5. 进程能创建其他进程,而程序不能
    6. 进程和程序不具有一一对应关系: 一个程序可对应多个进程; 一个进程可执行一个或几个程序
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  • 一、进程与程序的区别 **程序:**程序是静态的,就是个存放在磁盘里的可执行...1.一个进程实体(进程映像)PCB、程序段和数据段组成,进程是动态的,进程实体(进程映像)是静态的。进程实体反应了进程在某一个时刻

    一、进程与程序的区别

    **程序:**程序是静态的,就是个存放在磁盘里的可执行文件,就是一系列的指令集合。

    **进程:**进程是动态的,是程序的一次执行过程,同一个程序多次执行会对应多个进程。

    那么操作系统是这些进程的管理者,它是怎样区分各个进程的?

    当进程被创建时,操作系统会为改进程分配一个唯一的、不重复的“身份证号”----PID,用于区分系统的各个进程。

    二、进程的组成

    在这里插入图片描述
    1.一个进程实体(进程映像)由PCB、程序段和数据段组成,进程是动态的,进程实体(进程映像)是静态的。进程实体反应了进程在某一个时刻的状态。

    2.进程是进程实体的运行过程,是系统进行**资源分配和调度(就是操作系统让这个进程在CPU上运行)**的一个独立单位。

    3.注意:PCB是进程存在的唯一标识。

    三、PCB

    操作系统需要对各个并发运行的进程进行管理,但凡是管理需要的信息,都会被放在PCB(进程控制块)中,PCB是进程存在的唯一标识,当进程被创建时,操作系统为其创建PCB,当进程结束时,会回收其PCB。
    在这里插入图片描述

    四、进程的特征

    在这里插入图片描述

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  • 操作系统之进程 (五) --- 进程、进程实体、PCB...

    千次阅读 多人点赞 2019-08-03 08:17:15
    进程一个定义:进程是程序的一次执行过程。 什么意思呢?我们以编写程序到运行程序的整个过程看看。 程序强调的是静态性,它只是安安静静的躺在外存(如硬盘)之中,而当双击运行这个程序时,该程序会被载入到内存...

    进程

    什么叫进程

    进程和程序差不多,他们有所联系也有所区别。
    我们以我们熟悉的程序入手,看看什么是进程。
    进程有一个定义:进程是程序的一次执行过程。
    什么意思呢?我们以编写程序到运行程序的整个过程看看。
    在这里插入图片描述程序强调的是静态性,它只是安安静静的躺在外存(如硬盘)之中,而当双击运行这个程序时,该程序会被操作系统载入到内存,生成相应的进程;而进程强调的是动态性,CPU会不断访问内存,执行进程的指令,完成进程的所提出的任务,比如,你想用QQ和人聊天,你双击别人头像之后,屏幕会显示一个对话窗口,在这里"屏幕会显示一个对话窗口"就是QQ进程的一个任务。


    什么叫进程实体

    在这里先提出一个问题:程序被载入到内存之后,它会被划分为什么部分呢?(内存只运行一道用户程序时)
    它会被划分为程序段和数据段。
    在这里插入图片描述
    那我们怎么知道该进程的程序段和数据段位于内存中的哪个位置呢?
    在计算机发展的早期,由于计算机内存只支持运行一道应用程序,于是我们可以把该进程的程序段和数据段放在固定的位置。

    但是随着计算机的发展,计算机可以支持多道程序并发运行了,那操作系统怎么去记录这些进程的程序段和数据段的位置呢?
    操作系统可以构建一个叫进程控制块(PCB)的数据结构来存放这些信息。
    在这里插入图片描述
    所以,当程序运行的时候,操作系统会为该进程构建一个叫进程控制块(PCB)的数据结构,用以记录该进程的各种信息。
    进程实体 = PCB + 程序段 + 数据段。 (进程实体 别名 进程映像)

    进程与进程实体的关系

    由上文可知,程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体(进程映像)。所以,在引入进程实体概念之后,我们可以把进程定义为:进程是进程实体的运行过程, 是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

    但是,在一般情况下,我们把进程实体就称为进程,例如: 所谓的创建进程, 实际上是创建进程实体中的PCB,而撤销进程,实际上是撤销进程实体的PCB。 (PCB是进程存在的唯一标志)

    注意: 严格来说,进程实体和进程并不一样,进程实体是静态的,而进程是动态的。不过,除非题目专门考察二者区别,
    否则可以认为进程实体就是进程。因此我们可以说:进程由程序段、数据段和PCB三部分组成。

    下面说说PCB的存储信息与分类。

    PCB的存储信息与分类

    • 分类方式一
      在这里插入图片描述
    • 分类方式二

    在这里插入图片描述

    进程的组织方式

    一个操作系统中通常由数十、数百乃至数千个PCB。为了对它们进行有效的管理,操作系统应该用适当的方式把这些进程的PCB组织起来。
    注意:进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分组成的问题,而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题。

    进程的组织方式有两种,链接方式和索引方式,下面对这两种方式进行简单介绍。

    链接方式

    链接方式会按照进程的状态将PCB分为多个队列,操作系统持有各个队列的指针。
    (进程的状态有:阻塞态,就绪态,运行态…,之后会介绍是什么意思)
    在这里插入图片描述以上所有的信息都被放置于内存之中。阻塞队列可能还会被划分为因等待什么事件而阻塞。

    索引方式

    索引方式会按照进程的状态将PCB建立几张索引表,操作系统持有各个索引表的指针。
    (进程的状态有:阻塞态,就绪态,运行态…,之后会介绍是什么意思)
    在这里插入图片描述以上所有的信息都被放置于内存之中。阻塞队列可能还会被划分为因等待什么事件而阻塞。


    进程的特征

    进程和程序有所联系也有所区别,相比于程序,进程拥有以下特征。
    在这里插入图片描述
    学习提示:由于异步性会导致并发进程执行结果的不确定性,所以操作系统需要提供"进程同步"机制来解决异步问题,具体会在之后的"进程同步"中学习。

    总结

    在这里插入图片描述

    感谢

    以上内容大部分来自王道操作系统系列视频教学。

    展开全文
  • 进程实体(进程映像):程序段、数据段、PCB三部分组成进程实体(进程映像)。一般情况下,我们把进程实实体体就简称为进程。例如,所谓创建进程,是创建进程实体中的PCB;而撤销进程就是撤销进程实体中的PCB. 注意...

    一、进程的定义

    1.1 进程的定义

    程序:就是一个指令序列

     早期的计算机只支持单道程序
    

    引入多道程序技术后: 系统为每个运行的程序配置一个数据结构,称为进程控制块(PCB),用来描述进程的各种信息(如程序代码存放位置)

    为了方便操作系统管理,完成个程序并发执行,引入了进程、进程实体的概念

    进程实体(进程映像):程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体(进程映像)。一般情况下,我们把进程实实体体就简称为进程。例如,所谓创建进程,是创建进程实体中的PCB;而撤销进程就是撤销进程实体中的PCB.
    注意:PCB是进程中存在的唯一标志。

    从不同角度,进程可以有不同的定义,比较传统典型的定义有:
    三者皆强调动态性

    • 进程是程序的一次执行过程。
    • 进程是一个程序及其数据再处理机上顺序执行时所发生的活动
    • 进程是具有独立功能的程序在数据集合上的运行过程,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

    1.2 进程的组成

    进程(进程实体) 由程序段、数据段、PCB 三部分组成
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    1.2.1 PCB 所管理的各种信息

    在这里插入图片描述

    1.3 进程的组织

    在一个系统中,通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理,应该用适当的方式把这些PCB组织起来。

    注:进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题,而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题
    在这里插入图片描述

    1.3.1 链接方式

    在这里插入图片描述

    1.3.2 索引方式

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    1.4 进程的特征

    进程和程序是连个截然不同的概念,相比于程序,进程拥有以下特征:

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    1.5 小结

    在这里插入图片描述

    二、进程的状态和转换

    2.1 进程的状态

    2.1.1进程的三种基本状态

    进程是程序的一次执行。在这个执行的过程中,有时进程正在被CPU处理,有时又需要等待CPU服务,可见,进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理,操作系统需要将进程合理的划分为几种状态。
    进程的三种基本状态:运行态、就绪态、阻塞态

    在这里插入图片描述

    注意:注意:单核处理机环境下,每一时刻最多只有一个进程处于运行态。(双核环境下可以同时有两个进程处于运行态)

    进程的另外两种状态:

    在这里插入图片描述

    2.2 进程状态的转换

    在这里插入图片描述

    注意:不能由阻塞态直接转换为运行态,也不能由就绪态直接转换为阻塞态(因为进入阻塞态是进程主动请求的,必然需要进程在运行时才能发出这种请求)

    2.3 小结

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    三、进程控制

    在这里插入图片描述

    3.1 什么是进程控制

    进程控制的主要功能就是对系统中的所有进程实施有效的管理,它具有创建进程、撤销进程、实现进程状态转换的功能
    简化理解:进程控制就是要实现进程的状态转换
    在这里插入图片描述

    3.2 如何实现进程控 制

    3.2.1 什么是原语

    原语实现进程控制。原语的特点就是执行期间不允许中断,只能一气呵成。
    这种不可被中断的操作即原子操作
    原语采用”关中断指令“和”开中断指令“实现
    显然,关/开中断指令的权限非常大,必然是只允许在核心态下执行的特权指令

    3.2.2 原语如何实现进程控制

    进程控制会导致进程状态的切换,无论哪个原语,要做的无非就是三类事情:

    1. 更新PCB中的信息(如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境)
      • 所有的进程控制原语一定会修改进程的状态标志
      • 剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
      • 某进程开始运行前必然要恢复其运行环境
    2. 将PCB插入合适的队列
    3. 分配/回收资源

    3.2.3 原语实现对进程的操作

    1.原语实现进程创建
    在这里插入图片描述
    2.原语实现进程的终止
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    3.原语实现进程的阻塞和唤醒
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    4.原语实现进程切换
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    3.3 小结

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    四、进程通信

    在这里插入图片描述

    4.1 什么是进程通信

    进程通信就是指进程之间的信息交换
    进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间),因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。
    在这里插入图片描述

    为保证安全,一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
    但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的安全通信,操作系统提供了一些方法。
    在这里插入图片描述

    4.2 进程通信的方式

    4.2.1 共享存储

    在这里插入图片描述

    4.2.2 管道通信

    在这里插入图片描述
    1.管道只能采用半双工通信,某一时间段内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信,则需要设置两个管道。
    2.各进程要互斥地访问管道。
    3.数据以字符流的形式写入管道,当管道写满时,写进程的write()系统调用将被阻塞,等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走后,管道变空,此时读进程的read()系统调用将被阻塞
    4.如果没写满,就不允许读。如果没读空,就不允许写
    5.数据一旦被读出,就从管道中被拋弃,这就意味着读进程最多只能有一个,否则可能会有读错数据的情况。

    4.2.3 消息传递

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    4.3 小结

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    五、什么是线程,为什么要引入线程

    5.1线程的定义

    • 可以把线程理解为“轻量级进程”。
    • 线程是一个基本的CPU执行单元,也是程序执行流的最小单位
    • 引入线程之后,不仅是进程之间可以并发,进程内的各线程之间也可以并发,从而进一步提升了系统的并发度,使得一个进程内也可以并发处理各种任务(如QQ视频、文字聊天、传文件)
    • **进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元(**如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。

    5.2 带来的变化

    在这里插入图片描述

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    5.3 线程的属性

    在这里插入图片描述

    5.4 线程的实现方式

    5.4.1 用户级线程

    用户级线程由应用程序通过线程库实现。
    所有的线程管理工作都由应用程序负责(包括线程切换)用户级线程中,线程切换可以在用户态下即完成,无需操作系统干预
    在用户看来,是有多个线程。但是在操作系统内核看来,并意识不到线程的存在。(用户级线程对用户不透明,对操作系统透明)可以这样理解,“用户级线程” 就是“从用户视角看能看到的线程”
    在这里插入图片描述

    5.4.2 内核级线程

    内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。
    线程调度、切换等工作都由内核负责,因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。可以这样理解,“内核级线程” 就是“从操.作系统内核视角看能看到的线程”
    在这里插入图片描述
    重点
    操作系统只看见”内核级线程“,因此只有内核级线程才是处理机的分配单位

    在这里插入图片描述

    5.5 多线程模型

    在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。

    5.5.1 多对一模型

    多对一模型: 多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用 户进程只对应一个内核级
    线程。
    **优点:**用户级线程的切换在用户空间即可完成,不需要切换到核心态,线程管理的系统开销小,效率高
    **缺点:**当一个用户级线程被阻塞后,整个进程都会被阻塞,并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行
    在这里插入图片描述

    5.5.2 一对一模型

    一对一模型:一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同
    数量的内核级线程。
    **优点:**当一个线程被阻塞后,别的线程还可以继续执行,并发能力强。多线程可在多核
    处理机上并行执行。
    **缺点:**一个用户进程会占用多个内核级线程,线程切换由操作系统内核完成,需要切换到
    核心态,因此线程管理的成本高,开销大。

    5.5.3 多对多模型

    多对多模型: n用户及线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。
    克服了多对一模型并发度不高的缺点,又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程,开销太大的缺点。
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    5.6 小结

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