操作系统进程管理：进程控制与同步

运行"或"活动")状态 等待(Waiting或Blocked)状态 进程的状态转换通常由外部事件或操作系统调度引起，如下所述： 1. 就绪状态：进程已准备就绪，等待CPU时间片来执行。当一个进程被创建或从等待状态恢复后，它可能会进入就绪状态。 2. 执行状态：进程获得了CPU，正在执行其指令。如果进程执行完或遇到I/O请求，它将离开执行状态。 3. 等待状态：进程正在等待某个特定事件发生，如I/O操作完成、获得锁、信号量或其他进程的信号。一旦等待的事件发生，进程会转换回就绪状态。 进程控制块（PCB，Process Control Block）是操作系统用于记录和控制进程状态及其他关键信息的数据结构。PCB包含了进程ID、程序计数器、内存状态、I/O状态、优先级、进程状态等信息。操作系统通过修改PCB中的信息来改变进程状态，实现进程的切换。 进程控制是操作系统内核的核心功能之一，包括创建进程、撤销进程、阻塞进程、唤醒进程以及进程上下文切换。这些操作都是通过原子性的原语操作执行的，确保了系统的一致性和完整性。 2.1.6 进程控制 在进程控制中，操作系统执行以下关键操作： - 创建进程：当用户启动一个新的程序时，操作系统会创建一个新的进程，为其分配必要的资源，并设置相应的PCB。 - 撤销进程：当进程完成任务或出现错误时，操作系统会释放其占用的资源并撤销其PCB，结束进程生命周期。 - 阻塞进程：当进程需要等待某个事件时，操作系统将其状态更改为等待状态，并将CPU分配给其他就绪进程。 - 唤醒进程：当等待的事件发生，操作系统会更新进程的PCB，使其从等待状态变为就绪状态，准备执行。 - 进程上下文切换：当操作系统决定将CPU从一个进程切换到另一个进程时，会保存当前进程的上下文（包括寄存器状态），然后加载新进程的上下文，确保正确地恢复新进程的执行。 进程同步和互斥是并发环境中处理进程间交互的关键概念。同步是指进程间按照一定的顺序或协议进行协作，例如，通过信号量机制实现。信号量是一种共享变量，用于控制对公共资源的访问。当一个进程访问公共资源时，它会检查信号量，如果资源可用，则减小信号量并执行；如果资源被占用，则进程会被阻塞，直到信号量增加。 进程调度是决定哪个进程应该获取CPU的时间片的过程。常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。调度的目标是在满足公平性、响应时间和吞吐量等方面找到平衡。 死锁是多个进程互相等待对方释放资源而形成的一种僵局。解决死锁通常采用预防、避免、检测和恢复策略。预防策略通过设置规则防止死锁的发生，而避免策略则在分配资源时预测并防止可能的死锁。检测和恢复策略允许系统识别出死锁，并采取措施解除。 线程是进程内的执行流，线程管理允许在同一进程中并发执行多个逻辑流，降低了进程间通信的开销，提高了系统效率。 进程控制是操作系统中至关重要的部分，涉及到进程的生命周期管理、并发执行、资源分配和同步机制，是多任务环境下计算机系统正常运作的基础。理解和掌握这些概念对于理解和设计高效的操作系统至关重要。