操作系统笔记

进程

4.1 进程是一种抽象

正在运行的程序称为进程。

4.2 进程的API

• 创建：操作系统创建一个新的进程
• 毁灭：操作系统强行杀死一个进程
• 等待：等待一个进程停止运行
• 杂项控制：其它的一些操作，如挂起进程
• 状态：获取进程的状态，如已运行的时间

4.3 创建进程：一些细节

1. 从磁盘中加载代码和静态数据到内存中。
2. 现代操作系统大多使用懒加载。即需要时才将代码和数据加载进内存。与之相关的技术为分页和交换。
3. 分配程序的运行时栈。
4. 分配程序的堆。
5. 操作系统还会做一些其它的初始化工作，特别是和I/O相关的。如UNIX系统会给每个进程提供三个打开文件描述符，用于标准输入、输出、错误。
6. 从程序入口点main()开启程序，OS将CPU的控制权转移给新创建的进程，程序开始它的执行。

4.4 进程状态

• 运行：进程正在处理器上运行，意味着它在执行指令。
• 就绪：进程已经准备好可以运行了，但操作系统并没有运行它。
• 阻塞：进程已执行某种操作，直到发生其他事件才能运行。例如执行I/O操作，直到I/O完成后才能继续执行。
  
  让我们看一个例子，说明两个进程如何在其中某些状态下转换。
  首先，假设有两个正在运行的进程，每个进程仅使用CPU（它们没有I / O）。
  在这种情况下，每个进程的状态跟踪可能看起来像这样。
  
  在下一个示例中，第一个进程在运行一段时间后发出I / O。此时，该进程被阻塞，从而使另一个进程有运行的机会。
  
  请注意，即使在这样一个简单的示例中，操作系统也必须做出许多决定。首先，在进程0发出I / O操作时，系统必须决定运行进程1。这样做可以通过保持CPU繁忙来提高资源利用率。其次，系统决定在I / O完成时不切换回进程0。目前尚不清楚这是否是一个好的决定。这是由调度算法决定的。

4.5 数据结构

操作系统是一个程序，与任何程序一样，它具有一些关键数据结构，这些数据结构可跟踪各种相关信息。
例如，要跟踪每个进程的状态，操作系统可能会为所有准备就绪的进程保留某种进程list，并提供一些其他信息来跟踪当前正在运行的进程。操作系统还必须以某种方式跟踪阻塞的进程。当I / O事件完成时，操作系统应确保唤醒正确的进程并准备使其再次运行。
下面的代码显示了OS需要跟踪xv6内核中的每个进程的信息类型。

// the registers xv6 will save and restore
// to stop and subsequently restart a process
struct context {
	int eip;
	int esp;
	int ebx;
	int ecx;
	int edx;
	int esi;
	int edi;
	int ebp;
};
// the different states a process can be in
enum proc_state { UNUSED, EMBRYO, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE };
// the information xv6 tracks about each process
// including its register context and state
struct proc {
	char *mem; // Start of process memory
	uint sz; // Size of process memory
	char *kstack; // Bottom of kernel stack for this process
	enum proc_state state; // Process state
	int pid; // Process ID
	struct proc *parent; // Parent process
	void *chan; // If non-zero, sleeping on chan
	int killed; // If non-zero, have been killed
	struct file *ofile[NOFILE]; // Open files
	struct inode *cwd; // Current directory
	struct context context; // Switch here to run process
	struct trapframe *tf; 	// Trap frame for the current interrupt
};