第一次作业：基于Linux操作系统的进程模型分析

Posted 2020-11-01 张铭裕

1.什么是进程

·进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来示。

·进程的概念主要有两点：第一，进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间，一般情况下，包扩文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。第二，进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操作系统执行之），它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。

进程的特征：

·动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。

·并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行

·独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；

·异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进

2.进程的创建与终止

以下几类操作可以创建和终止线程。

A 创建进程

(1) 系统初始化会创建新的进程

(2) 当一个正在运行的进程中，若执行了创建进程的系统调用，那么也会创建新的进程

(3) 用户发出请求，创建一个进程

(4) 初始化一个批处理作业时，也会创建新的线程

 

从本质上来说在技术上只有一种创建新进程的方法，即在一个已经存在的进程中，通过系统调用来创建一个新的进程。

Linux中可以使用fork函数来创建新进程。如下列代码所示：

 

#include<stdio.h>  
#include<sys/types.h>  
#include<unistd.h>  
int main(){  
       pid_t ret = fork();  
     printf("hello proc:%d,ret = %d\\n",getpid(),ret);  
       return 0;  
  }

 

B 进程终止

（1） 正常退出

（2）错误退出

（3） 致命错误

（4） 被其他进程杀死

3.进程的状态的转换

 

运行中的进程可能具有以下三种基本状态。

 

（1）就绪状态（Ready）：进程已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如，当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时，排入低优先级队列；当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时，排入高优先级队列。

 

（2）运行状态(Running)：进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态)，通常会自动执行系统的空闲进程。

 

（3）阻塞状态(Blocked)：由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程，也无法运行。

 

4.进程的调度算法

时间片轮转调度算法:

每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。

·该算法采取了非常公平的方式，即让就绪队列上的每个进程每次仅运行一个时间片。如果就绪队列上有N个进程，则每个进程每次大约都可获得1/N的处理机时间。

·时间片的大小对于系统性能有很大的影响。若选择很小的时间片，将有利于短作业，但意味着会频繁地执行进程调度和进程上下文的切换，这无疑会增加系统的开销。反之，若时间片选择得太长，且为使每个进程都能在一个时间片内完成，时间轮转调度算法便退化为先来先服务算法，无法满足短作业和交互式用户的需求。

算法运行流程图：

程序控制块的定义：

typedef struct node    
    {    
      char name[20];    /*进程的名字*/    
      int round;     /*分配CPU的时间片*/    
      int cputime;    /*CPU执行时间*/    
      int needtime;    /*进程执行所需要的时间*/    
      char state;     /*进程的状态，W--就绪态，R--执行态，F--完成态*/    
      int count;     /*记录执行的次数*/    
      struct node *next;   /*链表指针*/    
    }PCB; 

 

 

void RoundRun()    /*时间片轮转调度算法*/    
    {    

      int flag = 1;    

      GetFirst();    
      while(run != NULL)    
      {     
        while(flag)    
        {    
          run->count++;    
          run->cputime++;    
          run->needtime--;    
          if(run->needtime == 0)    
          {    
            run ->state = \'F\';    
            InsertFinish(run);    
            flag = 0;    
          }    
          else if(run->count == run->round)    
          {    
            run->state = \'W\';    
            run->count = 0;       
            InsertTime(run);    
            flag = 0;    
          }    
        }    
        flag = 1;    
        GetFirst();    
      }    
    }

 

 

 

对于源码的分析：

首先设置一个标志位为1，从就绪队列获取第一个节点，当获取的节点不为空和标志位为1时，这个进程所执行的次数加一，CPU执行的时间也进行自加，进程所需的时间自减，然后进行判断，当进程所需的时间为0也就是进程执行完毕时，把进程的状态设置为完成态，然后将进程插入到完成队列尾部，否则当时间片用完时，进程的状态设置为就绪态，计数器清零，将进程插入到就绪队列尾部，将标志位置为0，重新开始从就绪队列获取第一个节点。直到所有进程执行结束。

5.自己对操作系统模型的看法

操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。是直接运行在机器上的最基本的系统软件，其他任何软件都必须在操作系统的支持下才能运行。所以操作系统对于计算机和学习计算机的我们是非常重要的。其中，进程又是操作系统最基本和核心的东西，我们需要了解与掌握进程，这对于我们以后更深入的学习操作体统也有很重要的意义。