一文详解操作系统进程管理( 二 ) _操作系统

阻塞 -> 就绪：当等待结束了，就由阻塞态进入就绪态。
运行 -> 终止：当进程表示自己已经完成了，它会被操作系统终止。
这便是对于单个进程，经典的五状态模型。当存在多个进程时，由于同一时间只能有一个进程在执行，那么如何去管理这一系列的处于阻塞态和就绪态的进程呢？一般来说，会使用就绪队列，和阻塞队列，让处于阻塞态和就绪态的进程进入队列，排队执行。下图是一个单一阻塞队列模型。

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基于此，还可以扩展出多个就绪队列，每个优先级对应一个队列，这样子操作系统在选择要调度哪一个进程时，可以有更大的灵活性。下面将进一步探讨队列与进程之间如何组织管理。也可以有多条阻塞队列，每一个事件对应一个阻塞队列，当事件发生时，该队列所有进程都进入就绪态。
2.2.2 七状态模型上面所讲的进程状态存在一个前提：每个进程都必须完全载入内存。一旦排队的进程多了，对于有限的内存空间将会是极大的考验。为了解决内存占用问题，可以将一部分内存中的进程交换到磁盘中，这些被交换到磁盘的进程，会进入挂起状态，进一步还可细分为就绪/挂起，阻塞/挂起。对于单个进程的状态转换如下图。

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整体上对于挂起队列的转换关系，如下图。

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关于图中的几种调度，将会在下面第4章进一步描述。
2.2.3 进程切换当一个正在运行中的进程被中断，操作系统指定另一个就绪态的进程进入运行态，这个过程就是进程切换，也可以叫上下文切换。
该切换过程一般涉及以下步骤：
1.保存处理器上下文环境：将CPU程序计数器和寄存器的值保存到当前进程的私有堆栈里
2.更新当前进程的PCB（包括状态更变）
3.将当前进程移到就绪队列或者阻塞队列
4.根据调度算法，选择就绪队列中一个合适的新进程，将其更改为运行态
5.更新内存管理的数据结构
6.新进程内对堆栈所保存的上下文信息载入到CPU的寄存器和程序计数器，占有CPU
2.3 进程组织每一个PCB表示一个进程，多个进程同时存在时，需要一定的方式将这些PCB组织起来，便于操作系统访问。常见的组织方式有如下3种。
2.3.1 线性表

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所有的PCB存放于一张线性表中，每次查找时需要遍历线性表。比较适用于进程数量不多的情况，如果有几百上千个进程，每次操作都进行遍历，那将是十分耗时的。
2.3.2 链表

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上面提到的就绪队列和阻塞队列，他们可以以链表的形式组织。从图中可以看出就绪队列指向PCB1，PCB1右边的数字“2”表示链表指向的下一个节点PCB2 。依此类推，PBC以如下链表形式串联起来。
执行指针 -> PCB4就绪队列指针 -> PCB1 -> PCB2 -> PCB3 -> PCB5阻塞队列指针 -> PCB7 -> PCB8 -> PCB6优点：非常直观，进程调度查找起来方便。
缺点：查找的时候需要从链表的头部开始进行遍历。如果进程状态发生变化，那么链表中进程节点的指针指向需要发生变动。
2.3.3 索引

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优点：基于链表的方式进行进一步的优化，通过索引查找进程，可以将查找的时间复杂度由O(n)优化到O(1) 。如果进程状态发生变化，只需要操作索引表，相比于操作整个链表更便捷。
缺点：建立了索引表，需要额外的内存空间。相当于是利用空间去换取时间。
3. 线程3.1 线程结构基于前面所描述，进程包含了两大特点：
1. 资源所有权：进程是一个容器，聚集了内存，I/O 设备，文件等资源，拥有这些资源的控制或所有权。
2. 调度/执行：具有执行状态（运行，就绪，阻塞等），可被操作系统的调度程序所调度。
早期的操作系统中，一般一个进程内只有一个线程，即为单线程进程模型。如下图，其中所包含的用户栈和内核栈，用于管理调度和返回的行为。当进程不运行的时候，CPU的寄存器中的内容将被保存起来，以便于下一次运行该进程时，恢复当时的状态。