PCB[進程控制塊作用]

1、pcb為了描述控制進程的運行，系統(tǒng)中存放進程的管理和控制信息的數據結構稱為進程控制塊 （pcb process control block）,它是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄性數據結 構。它是進程管理和控制的最重要的數據結構，每一個進程均有一個pcb,在創(chuàng)建進程時， 建立pcb,伴隨進程運行的全過程，直到進程撤消而撤消。中文名進程管理塊外文名process control blockpcb屮記錄了操作系統(tǒng)所需的，用于描述進程的當前情況以及控制進程運行的全部信息。pcb 的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序（含數據），成為一個能獨立運行的 基本單位，一個能與其他進程并發(fā)

2、執(zhí)行的進程?；蛘哒f，os是根據pcb來對并發(fā)執(zhí)行的進 程進行控制和管理的。例如，當os要調度某進程執(zhí)行時，要從該進程的pcb中查處其現行 狀態(tài)及優(yōu)先級；在調度到某進程后，要根據其pcb中所保存的處理機狀態(tài)信息，設置該進 程恢復運行的現場，并根據其pcb屮的程序和數據的內存始址，找到其程序和數據；進程 在執(zhí)行過程中，當需要和與之合作的進程實現同步，通信或者訪問文件時，也都需要訪問 pcb；當進程由于某種原因而暫停執(zhí)行吋，又須將器斷點的處理機環(huán)境保存在pcb中?？梢? 在進程的整個生命期屮，系統(tǒng)總是通過pcb對進程進行控制的，即系統(tǒng)是根據進程的pcb 而不是任何別的什么而感知到該進程的存在的。所以

3、說，pcb是進程存在的唯一標志。 組成pcb進程控制塊是進程的靜態(tài)描述，由pcb、有關程序段和該程序段對其進行操作的數據結 構集三部分組成。在unix或類unix系統(tǒng)中，進程是由進程控制塊，進程執(zhí)行的程序，進程執(zhí)行時所用數據， 進程運行使用的工作區(qū)組成。其中進程控制塊是最重要的一部分。進程控制塊是用來描述進程的當前狀態(tài),本身特性的數據結構，是進程中組成的最關鍵部分, 其屮含有描述進程信息和控制信息，是進程的集中特性反映，是操作系統(tǒng)對進程具體進行識 別和控制的依據。pcb般包括：1程序id （pid、進程句柄）：它是唯一的，一個進程都必須對應一個pid。pid 般是整形數 字2. 特征信息：一般

4、分系統(tǒng)進程、用戶進程、或者內核進程等3. 進程狀態(tài)：運行、就緒、阻塞，表示進程現的運行情況4. 優(yōu)先級：表示獲得cpu控制權的優(yōu)先級大小5通信信息：進程之間的通信關系的反映，由于操作系統(tǒng)會提供通信信道6. 現場保護區(qū)：保護阻塞的進程用7. 資源需求、分配控制信息8. 進程實體信息，指明程序路徑和名稱，進程數據在物理內存還是在交換分區(qū)（分頁）中9. 其他信息：工作單位，工作區(qū)，文件信息等作用1進程控制塊：進程控制塊的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序（包含數 據），成為一個能獨立運行的基本單位，一個能與其它進程并發(fā)執(zhí)行的進程。2程序段：是進程中能被進程調度程序在cpu±執(zhí)行

5、的程序代碼段。3數據段：一個進程的數據段，可以是進程對應的程序加工處理的原始數據，也可以是程序 執(zhí)行后產生的屮間或最終數據。包含信息在不同的操作系統(tǒng)中對進程的控制和管理機制不同，pcb中的信息多少也不一-樣，通常pcb 應包含如下一些信息。1、進程標識符信息每個進程都必須有一個唯一的標識符，可以是字符串，也可以是一個數字。unix系統(tǒng)中就 是一個整型數。在進程創(chuàng)建時由系統(tǒng)賦予。進程標識符用于唯一的標識一個進程。一個進程 通常有以下兩種標識符。外部標識符。由創(chuàng)建者提供，通常是由字母、數字組成，往往是用戶（進程）訪問該進程使 用。外部標識符便于記憶，如：計算進程、打印進程、發(fā)送進程、接收進程等。內

6、部標識符：為了方便系統(tǒng)使用而設置的。在所有的os中，都為每一個進程賦予一個唯一 的整數，作為內部標識符。它通常就是一個進程的符號，為了描述進程的家族關系，還應該 設置父進程標識符以及子進程標識符。還可以設置用戶標識符，來指示該進程由哪個用八擁 有。2、處理機狀態(tài)信息說明進程當前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設計時會將相同的狀態(tài)的進程組成一個隊 列，如就緒進程隊列，等待進程則要根據等待的事件組成多個等待隊列，如等待打印機隊列、 等待等。處理機狀態(tài)信息主要是由處理機各種寄存器中的內容所組成。通用寄存器。又稱為用戶可視寄存器，可被用戶程序訪問，用于暫存信息。指令寄存器。存放要訪問的下一條指令的地址

7、。程序狀態(tài)字psw。其屮含有狀態(tài)信息。（條件碼、執(zhí)行方式、中斷屏蔽標志等）用戶棧指針。每個用戶進程有一個或若干個與之相關的系統(tǒng)棧，用于存放過程和系統(tǒng)調用 參數及調用地址。棧指針指向該棧的棧頂。3進程調度信息在pcb中還存放了一些與進程調度和進程對換有關的信息。（1）進程狀態(tài)。指明進程當前的狀態(tài)，作為進程調度和對換時的依據。（2）進程優(yōu)先級。用于描述進程使用處理機的優(yōu)先級別的一個整數，優(yōu)先級高的進程優(yōu)先 獲得處理機。（3）進程調度所需要的其他信息。（進程已等待cpu的時間總和、進程己執(zhí)行的時間總和）（4）事件。這是進程由執(zhí)行狀態(tài)轉變?yōu)樽枞麪顟B(tài)所等待發(fā)生的事件。（阻塞原因）進程上下文：是進程執(zhí)行活

8、動全過程的靜態(tài)描述。包括計算機系統(tǒng)中與執(zhí)行該進程有關的各種寄存器的 值、程序段在經過編譯之后形成的機器指令代碼集、數據集及各種堆棧值和pcb結構。可 按一定的執(zhí)行層次組合，如用戶級上下文、系統(tǒng)級上下文等。進程存在的唯一標志：在進程的整個生命周期屮，系統(tǒng)總是通過pcb對進程進行控制的，亦即，系統(tǒng)是根據進程 的pcb而不是任何別的什么而感知到該進程的存在的，所以說，pcb是進程存在的唯一標志。 進程的特征1. 動態(tài)性2. 并發(fā)性3. 獨立性進程實體是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)屮獨立獲得資源和獨立調度的基本單 位。沒有建立進程的程序，不能作為一個獨立的單位參加運行。4. 異步性5. 結構

9、特性從結構上看，進程由程序段、數據段及pcb三部分組成。進程的狀態(tài)及其轉換1、進程的三種基本狀態(tài)（1）就緒狀態(tài)（ready）當進程己經分配到除cpu以外的所有必要的資源后，只要能再獲得處理機，就可以立即執(zhí) 行。（2）執(zhí)行狀態(tài)（running）（運行狀態(tài)）指進程已獲得處理機而執(zhí)行的狀態(tài)。（3）阻塞狀態(tài)（block）（等待狀態(tài)）進程因為發(fā)生某個事件而暫停執(zhí)行時的狀態(tài)（如：請求i/o、申請緩沖空間等）。有時也稱“等 待狀態(tài)或“睡眠狀態(tài)。2、進程狀態(tài)轉換 就緒t執(zhí)行：調度 執(zhí)行t等待：等待某個事件發(fā)生而睡眠 等待t就緒：因等待的事件發(fā)生而喚醍 執(zhí)行t就緒：時間片用完或出現高優(yōu)先就緒狀態(tài)t執(zhí)行狀態(tài)處于就

10、緒狀態(tài)的進程，當進程調度程序為它分配了處理機后，該進程便由就緒狀態(tài)變?yōu)閳?zhí)行 狀態(tài)，正在執(zhí)行的進程也稱為當前進程。執(zhí)彳丁狀態(tài)t阻塞狀態(tài)正在執(zhí)行的進程因發(fā)生某件事件而無法執(zhí)行。例如：進程請求訪問臨界資源，而該資源正被 其它進程訪問，則請求該資源的進程將由執(zhí)行狀態(tài)轉變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。執(zhí)行狀態(tài)t就緒狀態(tài)正在執(zhí)行的進程,如果事件發(fā)生或中斷而被暫停執(zhí)行，該進程便由執(zhí)行狀態(tài)轉變?yōu)榫途w狀態(tài)。（分時系統(tǒng)中，時間片用完；搶占調度方式中，優(yōu)先權高搶占處理機）執(zhí)行狀態(tài)t終止狀態(tài)當一個進程經完成或發(fā)生某事件，如程序中出現地址越界、非法指令等錯誤，而被異常結束 時，進程將由執(zhí)行狀態(tài)轉變?yōu)榻K止狀態(tài)。進程控制在進程管理中的作用進

11、程控制是進程管理中最基本的功能。它用于創(chuàng)建一個新進程，終止一個已完成的進程，或 者去終止一個因出現某事件而使其無法運行下去的進程，還可負責進程運行中的狀態(tài)轉換。 一、創(chuàng)建進程1引起創(chuàng)建進程的事件 在多道程序環(huán)境屮，只有（作為）進程（時）才能在系統(tǒng)屮運行。 因此，為使程序能運行，就必須為它創(chuàng)建進程。導致一個進程去創(chuàng)建另一個進程的典型事件, 可以有以下四類：1）用戶登錄在分時系統(tǒng)中，用戶在終端鍵入登錄命令后，如果是合法用戶，系統(tǒng)將為該終 端建立一個進程，并把它插入到就緒隊列中。2）作業(yè)調度在批處理系統(tǒng)中，當作業(yè)調度程序按照一定的算法調度到某作業(yè)時，便將該作 業(yè)裝入到內存，為它分配必要的資源，并立即

12、為它創(chuàng)建進程，再插入到就緒隊列中。3）提供服務當運行中的用戶程序提出某種請求后，系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個進程來提供用戶所 需要的服務，例如，用戶程序要求進行文件打印，操作系統(tǒng)將為它創(chuàng)建一個打印進程，這樣, 不僅可以使打印進程與該用戶進程并發(fā)執(zhí)行，而且還便于計算出為完成打印任務所花費的時 間。4）應用請求在上述三種情況中，都是由系統(tǒng)內核為它創(chuàng)建一個新進程，而這一類事件則是 基于應用進程的需求，由它創(chuàng)建一個新的進程，以便使新進程以并發(fā)的運行方式完成特定任 務。2.進程的創(chuàng)建過程一旦操作系統(tǒng)發(fā)現了耍求創(chuàng)建新進程的事件后，便調用進程創(chuàng)建原語 creat （）按下述步驟創(chuàng)建一個新進程。1）申請空白pcbo為新

13、進程申請獲得唯一的數字標識符，并從pcb集合中索取一個空白pcbo2）為新進程分配資源。為新進程的程序和數據以及用戶棧分配必要的內存空間。顯然，此 時操作系統(tǒng)必須知道新進程所需要的內存大小。3）初始化進程控制塊。pcb的初始化包括： 初始化標識信息，將系統(tǒng)分配的標識符和父進程標識符，填入新的pcb中。 初始化處理機狀態(tài)信息，使程序計數器指向程序的入口地址，使棧指針指向棧頂。 初始化處理機控制信息，將進程的狀態(tài)設置為就緒狀態(tài)或靜止就緒狀態(tài)，對于優(yōu)先級， 通常是將它設置為最低優(yōu)先級，除非用戶以顯式的方式提出髙優(yōu)先級要求。4）將新進程插入就緒隊列，如果進程就緒隊列能夠接納新進程，便將新進程插入到就緒

14、隊 列中。二、進程終止1引起進程終止的事件1）正常結束在任何計算機系統(tǒng)中，都應該有一個表示進程已經運行完成的指示。例如，在 批處理系統(tǒng)屮，通常在程序的最后安排一條hold指令或終止的系統(tǒng)調用。當程序運行到hold 指令吋，將產生一個中斷，去通知os本進程已經完成。2）界常結朿在進程運行期間，由于出現某些錯誤和故障而迫使進程終止。這類異常事件很 多，常見的有：越界錯誤，保護錯，非法指令，特權指令錯，運行超時，等待超時，算術運 算錯，i/o故障。3）外界干預外界干預并非指在本進程運行屮出現了異常事件，而是指進程應外界的請求而 終止運行。這些干預有：操作員或操作系統(tǒng)干預，父進程請求，父進程終止。2.

15、進程的終止過程如果系統(tǒng)發(fā)生了上述要求終止進程的某事件后，os便調用進程終止原 語，按下述過程去終止指定的進程。1）根據被終止進程的標識符，從pcb集合屮檢索出該進程的pcb,從屮讀出該進程狀態(tài)。2）若被終止進程正處于執(zhí)行狀態(tài)，應立即終止該進程的執(zhí)行，并置調度標志為真。用于指 示該進程被終止后應重新進行調度。3）若該進程還有子孫進程，還應將其所有子孫進程予以終止，以防他們成為不可控的進程。4）將被終止的進程所擁有的全部資源，或者歸還給其父進程，或者歸還給系統(tǒng)。5）將被終止進程（它的pcb）從所在隊列（或鏈表）屮移岀，等待其它程序來搜集信息。三、 阻塞喚醒1引起進程阻塞和喚醒的事件1）請求系統(tǒng)服務

16、當正在執(zhí)行的進程請求操作系統(tǒng)提供服務時，由于某種原因，操作系統(tǒng)并 不立即滿足該進程的要求時，該進程只能轉變?yōu)樽枞麪顟B(tài)來等待，一旦要求得到滿足后，進 程被喚醒。2）啟動某種操作當進程啟動某種操作后，如果該進程必須在該操作完成之后才能繼續(xù)執(zhí)行, 則必須先使該進程阻塞，以等待該操作完成，該操作完成后，將該進程喚醒。3）新數據尚未到達對于相互合作的進程，如果其中一個進程需要先獲得另一（合作）進程 提供的數據才能運行以對數據進行處理，則是要其所需數據尚未到達，該進程只有（等待） 阻塞，等到數據到達后，該進程被喚醒。4）無新工作可做系統(tǒng)往往設置一些具有某特定功能的系統(tǒng)進程，每當這種進程完成任務后, 便把自己阻塞起來以等待新任務到來，新任務到達后，該進程被喚醒。2進程阻塞過程正在執(zhí)行的進程，當發(fā)現上述某事件后，rh于無法繼續(xù)執(zhí)行，于是進程便 通過調用阻塞原語block把自己阻塞?？梢姡M程的阻塞是進程口身的一種主動行為。進入 block a程后，由于此時該進程還處于執(zhí)行狀態(tài)，所以應先立即停止執(zhí)行，把進程控制塊中 的現行狀態(tài)由執(zhí)行改為阻塞，并將pcb插入阻塞隊列。如杲系統(tǒng)中設置了因不同事件而阻 塞的多個阻塞隊列，則應將本進程插入到具有相同事件的阻塞（等待