进程的挂起状态详细分析

Posted 2023-01-02 FreeeLinux

  通常我们所认为的进程有五大状态，新建态，就绪态，阻塞态，运行态，退出态。

  下面是示意图：

  事实上还存在被挂起的进程。

  

  交换的需要 前面图中三个基本状态（就绪态、运行态和阻塞态）提供了一种为进程行为建立模型的系统方法，并指导操作系统的实现。

  但是，可以证明往模型中增加其他状态也是合理的。下面考虑一个没有使用虚拟内存的系统，每次执行中的进程必须完全载入内存。因此，所有队列中的所有进程必须驻留在内存中。

  内存保存多个进程，当一个进程正在等待是，处理器可以转移到另一个进程，但是CPU比I/O要快的多，以至于内存中所有进程都在等待I/O的情况很常见。因此，即使是多道程序设计，大多数时候处理器仍然可能处于空闲状态。

  一种解决办法是扩充内存适应更多的进程。有以下缺点：1.内存的价格 2.程序对内存空间需求的增长速度比内存价格下降的速度快。因此，更大的内存往往导致更大的进程，而不是更多的进程。

  另一种解决方案是交换。包括把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中。当内存中没有处于就绪状态的进程时，操作系统就把被阻塞的进程患处到磁盘中的”挂起队列“（suspend queue），即暂时保存从内存中”驱逐“出来的被挂器的进程队列。操作系统再次之后取出挂起队列中的另一个进程，或者接受一个新进程的请求，将其纳入内存运行。

  “交换”（swapping）是一个I/O操作，因而可能使问题更恶化。但是由于磁盘I/O一般是系统中最快的I/O（相对于磁带或者打印机I/O），所以交换通常会提高性能。

  

  现在有两种进程模型，一种是包含单挂起态的模型，一种是包含两个挂起态的模型。

  分别如图：

  包含两个挂起态的模型如图：

  与之前五个转换模型相比，比较重要的新转换如下：

• 阻塞->阻塞/挂起：如果没有就绪进程，则至少一个阻塞进程被换出，为另一个没有阻塞的进程让出空间。如果操作系统确定当前正在运行的进程，或者就绪进程为了维护基本的性能要求而需要更多的内存空间，那么，即使有可用的就绪态进程也可能出现这种转换。
• 阻塞挂起->就绪挂起：如果等待的事件发生了，则处于阻塞/挂起状态的进程可转换到就绪/挂起态。注意，这要求操作系统必须能够得到挂起进程的状态信息。
• 就绪/挂起->就绪：如果内存中没有就绪态进程，操作系统需要调入一个进程继续执行。此外，当处于就绪/挂起状态的进程比处于就绪态的任何进程的优先级都要高时，也可以进行这种转换。这种情况的产生是由于操作系统设计者规定，调入高优先级的进程比减少交换量更重要。
• 就绪->就绪/挂起：通常，操作系统更倾向于挂起阻塞态进程而不是就绪态进程，因为就绪态进程可以立即执行，而阻塞态进程占用了内存空间但不能执行。但如果释放内存以得到足够空间的唯一方法是挂起一个就绪态进程，那么这种转换也是必需的。并且，如果操作系统确信高优先级的阻塞态进程很快就会就绪，那么它可能选择挂起一个低优先级的就绪态进程，而不是一个高优先级的阻塞态进程。

  通俗的说，就是挂起不挂起，不光要考虑为进程让出空间，不光要考虑是否就绪，还要考虑进程的优先级。
  还需要考虑的几种其他转换有：

• 新建->就绪挂起及新建->就绪：当创建一个新进程时，该进程或者加入就绪队列，或者加入就绪/挂起队列。不论哪种情况，操作系统都必须建立一些表管理进程，并为进程分配地址空间。操作系统可能更倾向于在初期执行这些辅助工作，这使得它可以维护大量的未阻塞的进程。通过这一策略，内存中经常会没有足够的足够的空间分配给新进程。因此使用了（新建->就绪/挂起）转换。另一方面，我们可以证明创建进程时适时（just-in-time）原理，即尽可能推迟创建进程以减少操作系统的开销，并在系统被阻塞态进程阻塞时允许操作系统执行进程创建任务。
• 阻塞/挂起->阻塞：这种转化在设计中比较少见，如果一个进程没有准备好执行，并且不在内存中，调入它又有什么意义？但是考虑到下面的情况：一个进程终止，释放了一些内存空间，阻塞/挂起队列中有一个进程优先级比就绪/挂起队列中任何进程的优先级都要高，并且操作系统有理由相信阻塞进程的事件很快就会发射管，这时，把阻塞进程而不是就绪进程调入内存是合理的。
• 运行->就绪/挂起：通常当分配给一个运行进程的时间期满时，它将转换到就绪态。但是，如果由于位于阻塞/挂起队列中具有较高优先级的进程变得不再被阻塞，操作系统抢占这个进程，也可以直接把这个运行进程转换到就绪/挂起队列中，并释放一些内存空间。
• 各种状态/退出：在典型情况下，一个进程在运行时终止，或者是因为它已经完成，或者是因为出现了一些错误条件。但是，在某些操作系统中，一个进程可以被创建它的进程终止，或者当父进程终止时终止。如果允许这样，则进程在任何状态时都可以转换到退出态。

  挂起的其他用途：到目前为止，挂起进程的概念与不在内存中的进程概念是等价的。一个不再内存中的进程，不论是否在等待一个事件，都不能立即执行。
  总结一下挂起进程的概念：      1.进程不能立即执行   2.进程可能是或不是正在等待一个事件。如果是，阻塞条件不依赖于挂起条件，阻塞事件的发生不会使进程立即被执行。   3.为阻止进程执行，可以通过代理把这个进程置于挂起状态，代理可以是进程自己，也可以是父进程或操作系统。   4.除非代理显示地命令系统进行状态转换，否则进程无法从这个状态中转移。
  下面一张表展示挂起进程的原因：
  好，暂时就到这里了。