操作系统原理与设计（4）进程的基本概念和状态转换

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个人认为讲解比较清晰，容易理解。

一、进程的基本概念

在多道程序环境下，允许多个程序并发运行。正是因为并发执行的特征，导致了在操作系统中引入进程的概念。

1.1 进程的特征

1）结构特征

并发执行的程序失去了封闭性，导致不可再现，因此一般的程序是不能并发执行的。为了让程序能独立运行，需要为之配置一进程控制块，即 PCB；而由程序段、相关数据段和 PCB 三部分便构成了进程实体。

在很多时候所说的进程，实质上是指进程实体。比如说，创建进程指的是创建进程实体中的 PCB；撤销进程指的是撤销进程的 PCB。

2）动态性

进程的实质是进程实体的一次执行过程。我们可以认为程序是静态的，只不过是一系列指令的集合；进程是动态的，是程序的一次执行过程（同一程序多次执行会对应多个进程）。换言之，进程实体是有一定的生命期的！

3）并发性

这个特征比较容易理解，毕竟我们说过发明进程这个概念就是为了使程序可以并发执行。

4）独立性

在一开始的操作系统中，独立性指的是进程实体是一个独立运行、分配资源和接受调度的基本单位。只有建立了 PCB 的程序才能作为独立单位运行。

5）异步性

这与之前提到的操作系统的异步特征类似。指的是进程可以按照各自独立、不可预知的速度向前推进。

1.2 进程控制块（PCB）

上文已经提到进程控制块（PCB）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。PCB 中记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。换言之，操作系统就是根据 PCB 中的信息来对并发执行的进程进行控制和管理的。

1.2.1 进程控制块中的信息

在进程控制块中，主要包括下面四方面的信息：

1）进程标识符

进程标识符用于唯一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符：（1）内部标识符，这是操作系统自动为每一个进程赋予的惟一数字标识符，通常是一个进程的序号，方标系统调用。（2）外部标识符，这由创建者提供，用于用户进程访问时使用。

2）处理机状态

处理机状态信息主要是由处理机中的各种寄存器中的内容组成。这些寄存器包括：通用寄存器，这是用户程序可以访问的；指令计数器，保存了下一条指令的地址；程序状态字 PSW，包含了状态信息，如条件码、执行方式、中断屏蔽标志等；用户栈指针，每个用户进程都有一个或若干个与之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址，栈指针指向该栈的栈顶。

3）进程调度信息

进程调度信息包括进程状态、进程优先级、阻塞原因以及其它一些和进程调度有关的信息。

4）进程控制信息

进程控制信息包括程序和数据的地址；进程同步和通信机制，指实现进程同步和通信所必需的机制；资源清单，进程所需的所有资源；链接指针，它给出了本进程所有队列中的下一个进程的 PCB 的首地址。