操作系统——进程控制（二）

进程控制一般是由原语来实现的，原语是由若干指令组成，原语是“原子操作”，原子操作在管态下执行，常驻内存。

管态就是特权态，CPU执行状态有管态和目态两种，当CPU处理系统程序的时候，CPU会转为管态，CPU在管态下可以执行指令系统的全集（包括特权指令与非特权指令）。可以这样理解：当一个用户进程在运行过程中，它一直是目态，当需要系统服务时，就必须从当前PC运行的用户地址空间转移到内核代码地址空间，这个转移可以通过exception来完成，这个过程是这样的syscall——> exception triggered —> exception handler –> kernel function最终的kernel function是处于管态的，具体细节如图：





系统调用是用户态到内核态唯一的入口。

进程的创建：

进程树：进程A创建进程B，A是B的父进程，B是A的子进程。子进程可以继承父进程所拥有的资源，例如，继承父进程打开的文件，继承父进程所分配到的缓冲区等。当子进程被撤消时，应将其从父进程那里获得的资源归还给父进程。此外，在撤消父进程时，也必须同时撤消其所有的子进程。 PCB 中都设置了家族关系表项，以标明自己的父进程及所有的子进程。

引起进程创建的事件：

(1) 用户登录。在分时系统中，用户在终端键入登录命令后，如果是合法用户，系统将为该终端建立一个进程，并把它插入就绪队列中。

(2) 作业调度。在批处理系统中，当作业调度程序按一定的算法调度到某作业时，便将该作业装入内存，为它分配必要的资源，并立即为它创建进程，再插入就绪队列中。

(3) 提供服务。当运行中的用户程序提出某种请求后，系统将专门创建一个进程来提供用户所需要的服务，例如，用户程序要求进行文件打印，操作系统将为它创建一个打印进程，这样，不仅可使打印进程与该用户进程并发执行，而且还便于计算出为完成打印任务所花费的时间。

(4) 应用请求。在上述三种情况下，都是由系统内核为它创建一个新进程；而第 4 类事件则是基于应用进程的需求，由它自己创建一个新进程，以便使新进程以并发运行方式完成特定任务。

进程的创建：一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后，便调用进程创建原语 Creat( )按下述步骤创建一个新进程。

(1) 申请空白 PCB。为新进程申请获得惟一的数字标识符，并从 PCB 集合中索取一个空白 PCB。

(2) 为新进程分配资源。为新进程的程序和数据以及用户栈分配必要的内存空间。显然，此时操作系统必须知道新进程所需内存的大小。对于批处理作业，其大小可在用户提出创建进程要求时提供。若是为应用进程创建子进程，也应是在该进程提出创建进程的请求中给出所需内存的大小。对于交互型作业，用户可以不给出内存要求而由系统分配一定的空间。如果新进程要共享某个已在内存的地址空间(即已装入内存的共享段)，则必须建立相应的链接。

(3) 初始化进程控制块。PCB 的初始化包括：① 初始化标识信息，将系统分配的标识符和父进程标识符填入新 PCB 中；② 初始化处理机状态信息，使程序计数器指向程序的入口地址，使栈指针指向栈顶；③ 初始化处理机控制信息，将进程的状态设置为就绪状态或静止就绪状态，对于优先级，通常是将它设置为最低优先级，除非用户以显式方式提出高

优先级要求。

(4) 将新进程插入就绪队列，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。

进程的终止：

引起进程终止的事件：

<1,正常结束：在任何计算机系统中，都应有一个用于表示进程已经运行完成的指示。

<2,异常结束：

(1) 越界错误。这是指程序所访问的存储区已越出该进程的区域。

(2) 保护错误。这是指进程试图去访问一个不允许访问的资源或文件，或者以不适当的方式进行访问。

(3) 非法指令。这是指程序试图去执行一条不存在的指令。

(4) 特权指令错。这是指用户进程试图去执行一条只允许 OS 执行的指令。

(5) 运行超时。这是指进程的执行时间超过了指定的最大值。

(6) 等待超时。这是指进程等待某事件的时间超过了规定的最大值。

(7) 算术运算错。这是指进程试图去执行一个被禁止的运算，例如被 0 除。

(8) I/O 故障。这是指在 I/O 过程中发生了错误等。

<3,外界干预

(1) 操作员或操作系统干预。由于某种原因，例如，发生了死锁，由操作员或操作系统终止该进程。

(2) 父进程请求。由于父进程具有终止自己的任何子孙进程的权力，因而当父进程提出请求时，系统将终止该进程。

(3) 父进程终止。当父进程终止时，OS 也将它的所有子孙进程终止。

进程终止过程：

(1) 根据被终止进程的标识符，从 PCB 集合中检索出该进程的 PCB，从中读出该进程的状态。

(2) 若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度。

(3) 若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止，以防它们成为不可控的进程。

(4) 将被终止进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统。

(5) 将被终止进程(PCB)从所在队列(或链表)中移出，等待其他程序来搜集信息。