进程的基本概念（操作系统）
目录
一、程序的顺序执行及其特征
二、程序的并发执行及其特征
三、进程的特征与状态
1、进程的定义和特征
2、进程的三种基本状态
3、进程的三种基本状态的转换
4、 挂起状态
四、进程控制块（PCB）
1. PCB作用： PCB是进程存在的唯一标志
2．进程控制块中的信息
1）进程标识符
2）处理机状态
3）进程调度信息
4）进程控制信息
3．进程控制块的组织方式
1）链接方式
2）索引方式
一、程序的顺序执行及其特征
顺序执行包含两层含义：
在单道批处理系统中，对于多个用户程序来说，所有程序是依次执行的。(外部顺序性)
对于一个程序来说，在若干个程序段之间，必须按照某种先后次序顺序执行；对同一个程序段中的多条指令，也是按某种顺序执行的。(内部顺序性)程序的顺序执行主要是指第一种，即各个程序依次执行。
程序顺序执行的特征
（1）顺序性： 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即每一操作必须在下一操作开始之前结束（或者说下一操作必须在当前操作结束后才能开始）。
（2）封闭性：程序是在封闭的环境下执行的。即
程序运行时独占全机资源，资源的状态（除初始态外）只有本程序才能改变它。 程序一旦开始执行, 其执行结果不受外界影响。 （3）可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，当程序重复执行时，都将获得相同的结果。二、程序的并发执行及其特征
程序的并发执行包括两层含义：
对于一个程序来说，它的所有指令是按序执行的。（内部顺序性） 对于多个执行中的程序(进程)来说，所有进程是交叉执行的。(外部并发性)
1）间断性:程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，以及为完成同一任务而相互合作，致使这些并发执行的程序之间形成了相互制约的关系。（互斥关系、同步关系）
2）失去封闭性：程序在并发执行时，由于多个程序共享系统资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行已失去了封闭性。——某程序的执行时，会受到其他程序的影响。
3）不可再现性——与时间有关的错误 程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也将导致其失去可再现性。（如果我们换个时间认识，那可能结果会不同）
三、进程的特征与状态
1、进程的定义和特征
进程是程序在一个数据集上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 (传统OS中对进程的定义)
进程的特征：
1）结构特征：程序段、相关的数据段、PCB三部分构成了进程实体。
2）动态性：进程的实质是进程实体的一次执行过程，故动态性是进程的最基本特征。
3）并发性：这是指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。
4）独立性 ：在传统的OS中，独立性是指进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。
5）异步性 ：是指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，或说进程实体按异步方式运行。
2、进程的三种基本状态
1）就绪（Ready）状态：当进程已分配到除CPU以外的所有资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。
2）执行（Running）状态:进程已获得CPU，其程序正在执行。
3）阻塞（Blocked）状态: 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态（或等待状态）。
3、进程的三种基本状态的转换
引起进程状态转换的典型事件：
进程调度：就绪态->执行态
时间片完：执行态->就绪态
请求I/O：执行态->阻塞态
I/O完成：阻塞态->就绪态
4、 挂起状态
有些系统除了进程的三种基本状态外，还有挂起状态。
1）引入挂起状态的原因：
（1）终端用户的请求：当终端用户在自己的程序运行期间发现有可疑问题时，希望暂停执行。
（2）父进程请求：希望考察和修改子进程，或协调各子进程间的活动时
（3）负荷调节的需要 ： 实时系统中工作负荷较重时，系统可把一些不重要的进程挂起。
（4）操作系统的需要 ：操作系统有时希望挂起某些进程，以便检查运行中的资源使用情况或进行记账。
2）具有挂起状态系统的进程状态的转换
活动（Active）就绪→静止（Suspend）就绪
活动阻塞→静止阻塞
静止就绪→活动就绪
静止阻塞→活动阻塞
四、进程控制块（PCB）
为了描述和控制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块。
进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。
1. PCB作用： PCB是进程存在的唯一标志
使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发进程进行控制和管理的。
例如：进程调度；现场保护和恢复；进程同步和通信。
2．进程控制块中的信息
PCB中记录了操作系统所需的、用于描述进程当前情况以及控制进程运行的全部信息。具体包括下述四方面的信息：
1）进程标识符：
内部标识符(进程号)；外部标识符(名)；
父进程标识及子进程标识；用户标识
2）处理机状态：
处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中的内容组成的。寄存器包括：通用寄存器、指令计数器、程序状态字（PSW）寄存器、用户栈指针。(保护、恢复现场)
当处理机被中断时，这些信息都必须保存到PCB中，以便该进程重新执行时，能从断点继续执行。
3）进程调度信息：
在PCB中还存放一些与进程调度和进程对换有关的信息。包括：
进程状态——作为调度和对换时的依据。 进程优先级——由于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程优先获得处理机。 进程调度所需的其它信息——它们与所采用的进程调度算法有关。事件——即阻塞原因。
4）进程控制信息：
程序和数据的地址——指程序和数据所在的内存或外存首地址； 进程同步和通信机制——如信号量、消息队列指针等，它们可能全部或部分地存放在PCB中； 资源清单——是一张列出了除CPU外的、进程所需的全部资源及已经分配到该进程的资源的清单； 链接指针——它给出本进程（PCB）所在队列中下一个进程的PCB的首址。
3．进程控制块的组织方式
常用的组织方式有两种：链接方式和索引方式。
1）链接方式
把具有同一状态的PCB，用其中的链接字链接成一个队列。形成：就绪队列、阻塞队列、空白队列等
2）索引方式
系统根据所有进程的状态建立几张索引表。如，
● 就绪索引表
● 阻塞索引表等
▲索引表的首址记录在专用单元中；
▲每个索引表的表目中，记录具有相应状态的某个PCB的首址。
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