操作系统中的 5 状态进程模型

五状态进程模型是从两状态模型发展而来的。如果“未运行”状态下的所有进程都已准备好运行，则两阶段模型是有效的；但事实并非总是如此。位于“未运行”状态的某些进程可能正在等待事件或正在执行 I/O 活动。要运行一个程序，必须创建一个进程。进程可以运行，也可以不运行，但如果一个进程正在运行，操作系统必须支持它，以确保进程的正确进展。

解决此问题的最佳方法是将“未运行”状态分为两个状态：“就绪”和“阻塞”。

引入新状态的原因

在之前的模型中，主内存被认为足够大，可以容纳所有程序，但实际情况并非如此。当今程序的规模非常庞大。将所有进程加载到主内存中是不可能的。

在创建新进程时，程序不会加载到主内存中。在主内存中，操作系统只保存关于进程的少量信息。当有足够的空间可用时，长程调度器会将程序发送到主内存。这样的进程称为处于新状态。

引入终止状态的原因

在之前的模型中，当进程完成执行时，其资源会被立即释放。然而，另一个进程将来可能需要这些数据。

子进程被视为处于“生命终结”状态。子进程仍在内存中，但无法执行。例如，当子进程完成执行时，操作系统会保存其数据，直到父进程调用 wait() 函数。

五状态进程模型的状态

此进程模型中使用的五种状态如下：

1. 新建

指新创建但尚未获得操作系统执行批准的进程。尽管新进程尚未加载到主内存中，但已创建其进程控制块。

2. 就绪

新状态进程之后，进程从新状态转变为就绪状态。当进程处于就绪状态时，表示它已加载到主内存中，并已准备好运行。在就绪状态下，进程必须等待处理器响应；一旦处理器响应，进程将进入处理器进行执行。值得注意的是，在多道程序环境中，可能有多个进程处于就绪状态。

3. 运行

所有正在 CPU 上执行的进程都处于运行状态。

运行状态表示该过程是从新建和就绪状态开始的。如果进程处于其临界区，则其他进程必须在就绪状态下等待。

4. 阻塞/等待

阻塞状态适用于所有退出 CPU 并进入等待状态的进程。当 CPU 可用时，阻塞状态的进程将被移至就绪状态，然后移至运行状态。

5. 退出/终止

退出状态是指已从 CPU 和主内存中终止的进程。

五状态进程在两状态模型中的执行

该模型有五个状态：新建、就绪、运行、阻塞和退出。当一个新作业/进程到达队列时，它首先被接受到队列中，然后移至就绪状态。进程在就绪状态时处于运行状态。处于运行状态的进程有两种情况：要么继续等待事件，要么超时。

如果进程已超时，它将移至就绪状态，因为进程尚未完成执行。如果进程具有等待事件的条件，它将进入阻塞状态和就绪状态。如果两个条件都为真，则进程在调度后进入运行状态，然后被释放并最终终止。

五状态进程模型的状态转换

各种事件会导致进程状态的转移。下表给出了 5 状态进程模型可能的转移动作：

1. 空 → 新建

创建了一个新进程用于进程的实现。

2. 新建 → 就绪

系统会将进程从新建状态转移到就绪状态，现在它可以运行了。在这种情况下，系统可能会设置一个限制，以禁止多个进程同时运行；否则，性能可能会受到影响。

3. 就绪 → 运行

操作系统现在选择一个进程进行运行，系统选择就绪状态的单个进程进行运行。

4. 运行 → 退出

如果进程指示它已完成或已被中止，则系统会终止它。

5. 运行 → 就绪

当运行中的进程达到了其连续执行的最大运行时间时，就会发生这种转换。

6. 运行 → 阻塞

如果进程请求它正在等待的内容，它将被置于阻塞状态。例如，进程可能需要当前不可用的资源，或者它可能正在等待输入/输出操作或其他进程完成才能继续。

7. 阻塞 → 就绪

当进程一直在等待的事件发生时，进程将从阻塞状态切换到就绪状态。

8. 就绪 → 退出

此转换仅在少数情况下允许，因为在某些系统中，父进程可以随时终止子进程。

五状态进程模型的优缺点

五状态进程模型有各种优点和缺点。五状态进程模型的一些优点和缺点如下：

优点

1. 新建和退出状态是进程管理非常有用的组成部分。
2. 它是先前两状态进程概念的一个更有效的实现。

缺点

1. 进程终止或退出操作系统后，其数据不会被操作系统保存。
2. 当每个进程进入阻塞状态时，处理器会保持空闲，直到至少有一个进程退出等待状态，这可能会导致性能问题。