进程控制
# 进程控制
进程控制由 “原语” 实现。原语具有 “原子性”，要么不被执行，一旦被执行，不可以被中断。
在关中断指令下，即使有中断信号发射过来，也不会调用中断处理程序去处理中断，这就保证了原语操作不会被打断。而在开中断指令下，才会去处理中断。
原语的基本操作包括：
- 更新 PCB 中的信息（修改进程状态标志、保存当前运行环境到 PCB、从 PCB 中恢复运行环境）
- 将 PCB 插入到合适的队列
- 分配 / 回收资源
创建原语和撤销原语配对，阻塞原语和唤醒原语配对。
进程的执行是 “异步” 的，进程的控制是 “原子性” 的。
# 进程的状态转换
# 三态
阻塞态的进程不会立即转为执行态。阻塞态和就绪态的进程在内存中，执行态的进程在 CPU 中。
# 五态
创建进程的过程在内存里完成。
# 七态（重要，在后面的章节会有所拓展）
# 静止阻塞 / 就绪队列的理解
当我们把作业从外存拿到内存时，这个过程叫做高级调度。
进程 PCB 被创建后，PCB 存在内存中，创建的过程在内存中实现；进程创建完成后，如果所需的资源除了内存之外都满足，则进程被对换到静止就绪队列，不参与调度，此时进程创建工作完成。
如果静止阻塞队列中的进程，内存资源得到满足，但是阻塞的原因仍未解除，则从静止阻塞队列进入活动阻塞队列。
如果静止就绪队列中的进程，内存资源得到满足，则从静止就绪队列进入活动就绪队列。
# 挂起的原因
负荷调节的需要、终端用户的请求、父进程请求、操作系统的需要
# 挂起的特征
- 该进程不能立即被执行
- 挂起进程可能会等待事件，但所等待事件是独立于挂起条件的，事件结束并不能导致进程具备执行条件
- 进程进入挂起状态是由于操作系统父进程或进程本身阻止它的运行
- 结束进程挂起状态的命令只能通过操作系统或父进程发出
# 状态转换的汇总
| 状态 | 解释 |
|---|---|
| 活动就绪态 → 静止就绪态 | 操作系统根据当前资源状况和性能要求，可能会把活动就绪态对换出去，成为静止就绪态。处于静止就绪态的进程不再被调度执行； |
| 静止就绪态 → 活动就绪态 | 内存中没有进程处于活动就绪态，或者处于静止就绪态的进程具有更高的优先级，那么静止就绪态就会被对换回来，此时才可能被调度执行 |
| 活动阻塞态→ 静止阻塞态 | 操作系统根据当前资源状况和性能要求，可能会把活动阻塞态对换出去，成为静止阻塞态。 |
| 静止阻塞态→ 静止就绪态 | 常见的情况是，引起进程等待的事件发生之后，相应的静止阻塞态进程将转换为静止就绪态 |
| 静止阻塞态→ 活动阻塞态 | 但有时候，如果静止阻塞态进程的优先级高于静止就绪队列中的任何进程、并且系统有把握它等待的事件即将完成，那么就会激活为活动阻塞态 |
| 运行态→ 静止就绪态 | 优先级较高的静止阻塞态在等待的事件完成后，可能会抢占 CPU，若此时资源不够，则可能导致正在运行的进程挂起为静止就绪态 |
| 创建态→ 静止就绪态 | 操作系统根据当前资源状况和性能要求，可能会在进程创建完就把它对换到外存 |
进程一旦被挂起，就意味着它被对换到了外存中，此时该进程无法再被 CPU 直接调度，除非它被对换回内存中，回到活动就绪态。比如静止就绪态、静止阻塞态，最后要得到 CPU 的调度，都必须经历回归到活动就绪态的过程。
# 进程的创建（创建原语）
- 申请空白 PCB
- 为新进程分配其运行所需的资源
- 初始化 PCB
- 如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。如果是三态或五态，进程转入就绪态；如果是七态，储存在内存中的为活动就绪态，储存在外存中的为静止就绪态。
# 进程的终止（撤销原语）
引起进程终止的事件包括正常结束、异常结束和外界干预。
终止进程的过程包括：从 PCB 集合中找到终止进程的 PCB，如果进程正在运行，则立即将它的 CPU 使用权移交给其它进程。接着终止它的所有子进程，将该进程的资源还给父进程或者操作系统，最后再删除 PCB。
- 进入终止态的进程不能再执行
- OS 中保留其记录（状态码 + 计时统计数据），供其他进程收集
- 一旦其他进程完成了对终止状态进程的信息提取，OS 将删除该进程
# 进程的阻塞（阻塞原语 block）
阻塞进程的过程包括：找到要阻塞的进程的 PCB，保存当前运行环境到 PCB（方便后续恢复），修改 PCB 状态信息。接着暂停进程的运行，将 PCB 插入相应事件的阻塞队列（即改变它的链接地址）。
引起进程阻塞的事件一般是：
- 请求系统分配共享资源失败（系统已无足够的资源）
- 等待某种操作的完成。如请求系统某些服务（比如打印服务）和启动某种操作（比如 I/O 操作）
- 新数据尚未到达
- 等待新任务的到达
进程从运行态切换到阻塞态是一种主动行为，这个主动体现在是进程自己调用了阻塞原语。
# 进程的唤醒（唤醒原语 wake up）
唤醒进程的过程包括：在事件阻塞队列中找到 PCB 并将进程移出队列，修改 PCB 的状态信息，再将 PCB 插入到就绪队列。
一般在等待的事件发生时，进程就会被唤醒。
阻塞原语和唤醒原语是一对作用刚好相反的原语，必须成对使用。进程从阻塞态切换到运行态，是一个被动的过程，这个被动体现在并不是进程自己调用了唤醒原语，而是 “合作” 或相关进程进行了调用。
# 进程的切换（切换原语）
前面的原语主要都是操作一个进程，而切换原语同时操作到了两个进程。
切换原语负责让当前运行的进程从 A 切换为 B，具体包括：
- 一方面，将 A 的运行环境保存到 PCB 中，再将其 PCB 移入到相应的队列（如果当前进程是从运行态到阻塞态，那么就进入阻塞队列；如果是从运行态到就绪态，那么就进入就绪队列）
- 另一方面，选择 B 进程运行，更新其 PCB，同时可能会恢复其运行环境（考虑到 B 进程此前可能曾处于阻塞态）
引起进程切换的事件一般有四种：
- 当前进程的时间片被消耗完
- 有更高优先级的进程到达，抢占了当前进程正在使用的 CPU
- 当前进程主动阻塞
- 当前进程终止
# 进程的挂起（挂起原语 suspend 和激活原语 active）
挂起原语：
将进程从内存对换到外存，具体包括：找到需要挂起的进程的 PCB，检查它的状态并做相应操作（活动就绪态 -> 静止就绪态，活动阻塞态 -> 静止阻塞态），之后将该 PCB 复制到指定的内存区域。若被挂起的进程正在执行，则转向调度程序重新调度。
引起进程挂起的事件，比如用户进程请求将自己挂起，或父进程请求将自己的某个子进程挂起。
激活原语：
将进程从外存对换回内存，检查该进程的现行状态并进行相应操作（静止就绪态 -> 活动就绪态，静止阻塞 -> 活动阻塞态）。
引起进程激活的事件，比如，父进程或用户进程请求激活指定进程，或者是某个进程驻留在外存而内存中已有足够的空间。