OS 中的进程管理

引言

在单任务或批处理系统中，进程管理很简单，因为一次只有一个进程在运行。当有许多进程（多道程序设计或多任务处理）时，进程管理会变得更加复杂，因为 CPU 必须由多个进程高效使用。多个活动进程可能会共享内存等资源，并相互通信。这使得问题更加复杂，因为操作系统必须处理进程同步。

请记住，多道程序设计的主要好处是提高系统响应能力和更好的 CPU 利用率。可以在单个 CPU 上交错多个进程。例如，当当前进程在 I/O 上非常忙碌时，我们会将 CPU 分配给另一个进程。

OS 中的进程管理

程序不执行任何操作，除非其指令由 CPU 执行。正在执行的程序称为进程。为了完成其任务，进程需要计算机资源。

系统中可能存在一个以上的进程，它们可能同时需要相同的资源。因此，操作系统必须以方便有效的方式管理所有进程和资源。

为了保持一致性，某些资源可能需要一次由一个进程执行，否则系统可能变得不一致并可能发生死锁。

操作系统负责与进程管理相关的以下活动：

1. 在 CPU 上调度进程和线程。
2. 创建和删除用户进程和系统进程。
3. 挂起和恢复进程。
4. 提供进程同步机制。
5. 提供进程通信机制。

进程生命周期

进程的状态是指它在特定时刻的当前状况。此外，它还描述了进程的当前状态。

在任何给定时间，进程都可以处于以下五种状态之一。

1. 启动： 这是进程最初被创建或生成的阶段。
2. 就绪： 进程正在等待分配处理器。就绪的进程正在等待操作系统分配处理器。进程可能在启动或运行期间达到此状态，但调度程序可能会介入，以便将 CPU 分配给另一个进程。
3. 运行： 一旦 OS 调度程序为其分配了 CPU，进程状态就会被设置为运行，并且处理器开始执行命令。
4. 等待： 当进程需要等待资源（如用户输入或文件）可用时，它会进入等待状态。
5. 终止或退出： 当进程完成运行或被操作系统停止时，它会进入终止状态并等待从内存空间中删除。

进程管理任务

进程管理是具有多道程序设计或多任务处理功能的操作系统的重要组成部分。

1. 进程创建和终止： 创建进程控制块、生成进程 ID 等过程都包含在进程创建过程中。父进程和操作系统都可以终止进程。要终止进程，必须清除分配给它的所有资源。
2. CPU 调度： 多道程序系统中的多个进程必须共享 CPU。操作系统负责保证各种进程的有效和无缝运行。
3. 死锁处理： 确保系统不会达到两个或多个进程由于相互循环依赖而无法继续执行的地步。
4. 进程间通信： 为了促进协作进程之间的通信，操作系统提供了共享内存和消息传递等功能。
5. 进程同步： 进程同步是指在多道程序系统中协调多个进程的执行，以便它们能够以可控且可预测的方式使用共享资源（如内存）。

进程管理 OS 实践

操作系统具有进程管理功能，负责所有操作，包括启动和停止由用户输入触发的计划进程。这确保了可用的计算机资源，特别是 CPU，得到最佳利用，并且没有可能导致崩溃的冲突或资源滥用。此过程可将计算机系统的进程维持在所需的运行状态。

进程管理的重要组成部分

1. 进程创建和终止： 当进程通过用户命令和/或另一个进程通过其他活动创建时，它将进入其周期。它将一直执行，直到完成或操作系统因某种故障、故障或用户强制命令而需要终止它。
2. 进程调度： 操作系统下的多任务处理是通过集成任务调度实现的。调度方式可以是最简单的先来先服务 (FIFO)，也可以是更复杂的，例如带优先级的、轮转、时间片等。
3. 进程间通信 (IPC)： 进程通常需要交互以协调操作或共享信息。IPC 共享内存和消息传递促进了这种通信形式，这对于并行处理系统和分布式系统的无缝功能至关重要。
4. 进程同步： 与其他系统一样，计算机设备内的过程应该井然有序，以实现和平与稳定。为了防止和保证正在处理同一组系统数据的系统死锁，必须执行数据同步，例如信号量、互斥锁和监视器。
5. 进程上下文切换： 在这里，我们认为所有进程都在同时切换进出。对于多用户系统，这意味着检索队列中下一个进程的上下文并保存当前活动进程的状态（上下文）。

进程管理的优势

1. 管理多个程序： 通过过程管理，可以同时执行多项操作，例如在查看网页时听音乐。
2. 公平的资源使用： 得益于公平的资源使用，低优先级程序仍然可以获得足够的内存和 CPU 时间分配，尽管它们被认为不太重要。
3. 平滑切换： 在鼠标或键盘响应迟钝的暂停期间，程序会变得无响应。平滑切换可以保存上下文，优化以实现最小延迟，并恢复最后一个保存的上下文，模糊了响应能力的界限。

进程管理的缺点

1. 开销： 进程的控制会不必要地消耗系统资源，坦率地说，因为操作系统需要监视许多数据结构和调度队列，包括内存和 CPU 使用情况，这可以优化系统的效率。
2. 死锁： 为了确保进程并发运行的顺畅，操作系统会使用信号量、互斥锁和其他此类工具。然而，当进程无限期地等待彼此并陷入循环时，就会发生死锁。
3. 增强的上下文切换： 时间共享系统有一个 OS，它会频繁地在任务之间切换。当系统空闲时会发生停滞，因为保存和恢复每个进程的状态（上下文切换）需要时间和资源（CPU 周期）。

结论

总而言之，进程管理使得在计算机中同时执行多个进程成为可能。它包括进程的创建、调度和终止，以及资源分配和进程间通信。管理的进程可确保高效的资源分配、系统资源的受控稳定性以及提高计算机的响应能力。不间断的可靠性和计算效率需要明确定义且正确实现的进程管理策略。

常见问题解答 - FAQs

1. 操作系统对进程的概念是什么？

回答： 在操作系统中，通常将正在执行的程序及其关联的程序代码、数据和执行上下文称为进程。

2. 什么是进程的概念？

回答： 进程概念广泛应用于项目管理，尤其是在解决问题方面，指的是通过其开发、实施和评估阶段来理解一个想法或计划。

3. 什么是进程概念图？

回答： 为了增强理解和促进沟通，进程概念图用于以图形方式表示特定进程执行的步骤和后续顺序，包括其决策点。

4. 什么是进程管理？

回答： 进程管理是一项至关重要的操作系统功能，可确保系统或组织内的所有进程都能有效且无故障地运行。

5. 什么是进程管理的生命周期？

回答： 进程创建、调度、执行和终止都包含在进程管理的生命周期中。