2.1 进程与线程

2.1.3 进程控制

　　进程控制的内容主要包括进程控制机构、进程的创建、进程的终止等内容，下面我们分别介绍这些内容。
　　1．进程控制机构
　　操作系统作为资源管理和分配程序，其本质任务是自动控制程序的执行，并满足进程执行过程中提出的资源使用要求。因此，操作系统的核心控制结构是进程结构，资源管理的数据结构将围绕进程结构展开。
　　操作系统使用系统原语控制进程状态改变，原语被认为是机器语言的延伸，是完成特定任务的一段基本程序，它具有原子操作性。原子操作是不可分的操作，要么全做，要么全不做，它是通过中断屏蔽来实现的。原语对用户是透明的，一般不允许直接使用，但是允许程序员作为一种特殊的系统调用来使用。
　　操作系统的控制表分为四类：进程控制表，存储控制表，I/O 控制表和文件控制表。
　　进程控制表用来管理进程及其相关信息。
　　存储控制表用来管理一级（主）存储器和二级（辅）存储器，主要内容包括：主存储器的分配信息，二级存储器的分配信息，存储保护和分区共享信息，虚拟存储器管理信息。
　　I/O控制表用来管理计算机系统的I/O 设备和通道，主要内容包括：I/O 设备和通道是否可用，I/O设备和通道的分配信息，I/O 操作的状态和进展，I/O 操作传输数据所在的主存区。
　　文件控制表用来管理文件，主要内容包括：被打开文件的信息，文件在主存储器和二级存储器中的位置信息，被打开文件的状态和其他属性信息。
　　2．主要进程原语
　　（1）创建原语（Create）
　　进程创建的方式有两种：一是由系统程序模块统一创建，二是由父进程创建。它们都需要调用创建原语来实现。创建原语的主要工作是，首先扫描系统的PCB表，查询有无空的PCB表项，如有，则申请一个，并对其进程初始化，初始化的项目有进程标识符（PID）、进程状态和执行程序的起始地址；如果申请不成功，则创建失败。
　　进程的创建过程描述如下。
　　在主进程表中增加一项，并从PCB 池中申请一个空白PCB。
　　为新进程的进程映像分配地址空间。对于进程创建操作还需要传递环境变量，构造共享地址空间。
　　为新进程分配资源，除内存空间外，还有其他各种资源。
　　查找辅助存储器，找到进程正文段并装入到进程地址空间的正文区。
　　初始化进程控制块（如状态、PSW、栈等），为新进程分配一个唯一的进程标识符。
　　把进程加入某一就绪进程队列（这时子进程就绪），或直接将进程投入运行（这时父进程就绪）。
　　通知操作系统的某些模块，如记账程序、性能监控程序。
　　（2）撤销原语（Kill）
　　当进程正常执行完毕后，或者由于某种错误非正常终止时，都需要调用撤销原语来释放该进程所占用的各种资源和PCB结构本身，以利于有效地使用资源。撤销原语的主要工作是，首先检查PCB链表，寻找所要撤销的进程是否存在。如果找到了相应的表项，撤销原语就释放该进程占用的资源并回收对应的PCB结构；如果被撤销的进程还有子进程，则撤销原语必须先撤销子进程的　　PCB并释放其所占用的资源。
　　进程撤销的具体步骤如下。
　　根据撤销进程标识号，从相应队列中找到它的PCB。
　　将该进程拥有的资源归还给父进程或操作系统。
　　若该进程拥有子进程，应先撤销它的所有的子孙进程，以防它们脱离控制。
　　撤销进程出队，将它的PCB 归还到PCB 池。
　　（3）阻塞原语（Block）
　　当进程等待某些事件（如读写磁盘、接受其他进程的数据）的产生时，通过执行阻塞原语来阻塞自己。阻塞原语在执行时，必须先中断处理机并同时保存该进程的CPU现场。然后将阻塞进程插入到等待队列中，再转由调度程序从就绪队列中选择一个进程投入运行。进程阻塞的步骤如下。
　　停止进程执行，保存现场信息到PCB。
　　修改进程控制块的有关内容，如进程状态由运行改为等待等。
　　把修改状态后的进程控制块加入相应等待进程队列。
　　接着便应转入进程调度程序去调度其他进程运行。
　　（4）唤醒原语（Wakeup）
　　又称为恢复原语，当进程等待的条件或事件产生后，等待该事件的所有进程都被唤醒。唤醒进程的方法有两种：一种是系统进程唤醒；另一种是由事件发生进程唤醒。它们都需要调用唤醒原语来唤醒另一进程。唤醒原语首先将被唤醒进程从相应的等待队列取下，并将其状态设置为就绪态后，送入就绪队列。此时，唤醒原语既可以从调用程序处直接返回，也可以转向进程调度程序，让调度程序选择一个合适的进程去执行。需要注意的是，一个进程由执行状态转变为阻塞状态，是这个进程自己调用阻塞原语去完成的；而进程由阻塞状态到就绪状态，是另一个发现者进程调用唤醒原语实现的，一般这个发现者进程与被唤醒进程是合作的并发进程。进程唤醒的步骤如下。
　　从相应的等待进程队列中取出进程控制块。
　　修改进程控制块的有关信息，如进程状态改为就绪。
　　把修改后的进程控制块加入有关就绪进程队列。
　　（5）挂起原语（Suspend）
　　当用户或创建者需要了解进程的活动情况或干预进程活动时，可以把某进程置于挂起就绪状态或挂起阻塞状态，这时，要调用挂起原语，挂起方式如下。
　　发命令进程自身挂起。
　　挂起具有制定标识符的进程。
　　将某进程及其全部或部分子进程挂起。
　　（6）激活原语（Active）
　　激活原语使处于静止状态的进程变为活动状态，即供用户或创建者重新激活已挂起的进程，激活方式有多种，如激活一个指定标识符的进程，或激活某进程及其所有子进程等。当激活后的进程处于活动就绪状态时，将引起重新调度。
　　进程在系统中能够并行执行，并且它们必须要动态地创建和删除。因此，操作系统必须提供进程创建和终止的机制（或方法）。
　　3．进程的创建
　　进程在运行期间，通过创建进程系统调用可以创建多个新进程。创建进程的进程被称为父进程，而新进程被称为子进程。每个新进程都可以创建另外的进程，从而形成一个进程树。
　　每一个进程都有生命期，即从创建到消亡的时间周期。当操作系统为一个程序构造一个进程控制块并分配地址空间之后，就创建了一个进程。进程的创建来源于以下四个事件。
　　提交一个批处理作业。
　　在终端上一个交互式作业登录。
　　操作系统创建一个服务进程。
　　存在的进程创建新的进程。
　　4．进程的终止
　　进程执行完最后一条语句后就终止执行，并调用exit系统调用来使操作系统删除它。在此，该进程可能要把数据（输出）返回给它的父进程（通过wait系统调用）。操作系统回收该进程的所有资源——包括物理和虚拟内存、打开文件和I/O 缓冲器。
　　进程也可能在其他的情况下终止运行。一个进程可以利用系统调用（例如：abort）终止其他的进程。通常，只有进程的父进程可以调用这样的系统调用来终止它。否则，用户可以任意地取消其他用户的作业。所以父进程需要知道其子进程的标识符。如此，当一个进程创建一个新进程时，新创建的进程的标识符要传给其父进程。
　　父进程可能会出于某种原因而结束它的一个子进程，例如：
　　子进程需要更多的资源。这需要父进程能够检查其子进程的状态；
　　分配给子进程的任务已经不再需要；
　　父进程退出，而且操作系统禁止子进程在父进程终止后继续执行。在这样的系统中，如果一个进程（正常或非正常）终止，那么它的所有子进程也必须终止。通常这种级联式的进程终止是操作系统发起的。