第四章 抽象：進程

第四章 抽象：進程

將程序的運行抽象爲一個進程，使多個進程可以併發執行。

虛擬化CPU提供假象：有多個CPU

現在的CPU都是多核多線程的，也就是說，可以線程之間可以並行執行。

注：線程和進程的區別：起初是單CPU時代，程序的每次運行都會進行資源的分配，這時候，進程就是分配資源的最小單位；同時，單CPU時代，也沒有引入線程的概念，所以，那時候，進程也是調度的最小單位。當進入多CPU多線程的時候，引入了線程：線程是最小的調度單位。所以，現在的進程是一個資源分配的最小單位，線程是調度的最小單位，一個進程的資源可以被多個線程共享 接下來的討論，都是在單CPU的情況下，也就是沒有線程的概念，進程也是參與調度的單位

即使是現在有了多線程，可以讓多個進程的線程並行，但是，可以看到，即使每個進程只有一個線程，運行着的線程也遠遠的多於CPU提供的線程數。

因此，我們進行虛擬化，提供有更多CPU（線程）的假象。辦法就是通過時間片的輪轉，每個進程（線程）運行一段時間，然後切換到下一個進程（線程）。

進程狀態

首先來討論理論上必需的三種狀態：

1. 運行：進程正在佔用CPU
2. 就緒：進程具備運行的所有資源，等待被調度
3. 阻塞：進程需要請求資源，如I/O請求。

三態轉換

                                           

操作系統實現了多種狀態

除了必需的三種狀態，除了這些，進程也會處於初始狀態（進程沒有完全創建完成）；
進程已退出但沒有清理的“殭屍”狀態；

有的操作系統還會有掛起操作，將進程的數據等運行時資源轉入外存，讓出內存空間，這時又會有新的狀態。

數據結構

操作系統需要一些關鍵的數據結構來跟蹤進程的星官信息。

xv6的進程信息類型：原文鏈接https://github.com/mit-pdos/xv6-public

struct context {
  uint edi;
  uint esi;
  uint ebx;
  uint ebp;
  uint eip;
};

enum procstate { UNUSED, EMBRYO, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE };

// Per-process state
struct proc {
  uint sz;                     // Size of process memory (bytes)
  pde_t* pgdir;                // Page table
  char *kstack;                // Bottom of kernel stack for this process
  enum procstate state;        // Process state
  int pid;                     // Process ID
  struct proc *parent;         // Parent process
  struct trapframe *tf;        // Trap frame for current syscall
  struct context *context;     // swtch() here to run 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
  char name[16];               // Process name (debugging)
};

數據結構：進程列表

爲了追蹤系統中運行的所有進程，將這些信息組織成進程列表；進程列表中的每個個體，保存一個進程的信息。這個個體結構也被稱作進程控制塊（Process Control Block， PCB）