PCB[進(jìn)程控制塊作用]

1、pcb為了描述控制進(jìn)程的運(yùn)行，系統(tǒng)中存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊 （pcb process control block）,它是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄性數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)。它是進(jìn)程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)進(jìn)程均有一個(gè)pcb,在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)， 建立pcb,伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過(guò)程，直到進(jìn)程撤消而撤消。中文名進(jìn)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(jìn)程的當(dāng)前情況以及控制進(jìn)程運(yùn)行的全部信息。pcb 的作用是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序（含數(shù)據(jù)），成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的 基本單位，一個(gè)能與其他進(jìn)程并發(fā)

2、執(zhí)行的進(jìn)程。或者說(shuō)，os是根據(jù)pcb來(lái)對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn) 程進(jìn)行控制和管理的。例如，當(dāng)os要調(diào)度某進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，要從該進(jìn)程的pcb中查處其現(xiàn)行 狀態(tài)及優(yōu)先級(jí)；在調(diào)度到某進(jìn)程后，要根據(jù)其pcb中所保存的處理機(jī)狀態(tài)信息，設(shè)置該進(jìn) 程恢復(fù)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)，并根據(jù)其pcb屮的程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址，找到其程序和數(shù)據(jù)；進(jìn)程 在執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)需要和與之合作的進(jìn)程實(shí)現(xiàn)同步，通信或者訪問(wèn)文件時(shí)，也都需要訪問(wèn) pcb；當(dāng)進(jìn)程由于某種原因而暫停執(zhí)行吋，又須將器斷點(diǎn)的處理機(jī)環(huán)境保存在pcb中?？梢? 在進(jìn)程的整個(gè)生命期屮，系統(tǒng)總是通過(guò)pcb對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制的，即系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程的pcb 而不是任何別的什么而感知到該進(jìn)程的存在的。所以

3、說(shuō)，pcb是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。 組成pcb進(jìn)程控制塊是進(jìn)程的靜態(tài)描述，由pcb、有關(guān)程序段和該程序段對(duì)其進(jìn)行操作的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)集三部分組成。在unix或類unix系統(tǒng)中，進(jìn)程是由進(jìn)程控制塊，進(jìn)程執(zhí)行的程序，進(jìn)程執(zhí)行時(shí)所用數(shù)據(jù)， 進(jìn)程運(yùn)行使用的工作區(qū)組成。其中進(jìn)程控制塊是最重要的一部分。進(jìn)程控制塊是用來(lái)描述進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài),本身特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是進(jìn)程中組成的最關(guān)鍵部分, 其屮含有描述進(jìn)程信息和控制信息，是進(jìn)程的集中特性反映，是操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程具體進(jìn)行識(shí) 別和控制的依據(jù)。pcb般包括：1程序id （pid、進(jìn)程句柄）：它是唯一的，一個(gè)進(jìn)程都必須對(duì)應(yīng)一個(gè)pid。pid 般是整形數(shù) 字2. 特征信息：一般

4、分系統(tǒng)進(jìn)程、用戶進(jìn)程、或者內(nèi)核進(jìn)程等3. 進(jìn)程狀態(tài)：運(yùn)行、就緒、阻塞，表示進(jìn)程現(xiàn)的運(yùn)行情況4. 優(yōu)先級(jí)：表示獲得cpu控制權(quán)的優(yōu)先級(jí)大小5通信信息：進(jìn)程之間的通信關(guān)系的反映，由于操作系統(tǒng)會(huì)提供通信信道6. 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)：保護(hù)阻塞的進(jìn)程用7. 資源需求、分配控制信息8. 進(jìn)程實(shí)體信息，指明程序路徑和名稱，進(jìn)程數(shù)據(jù)在物理內(nèi)存還是在交換分區(qū)（分頁(yè)）中9. 其他信息：工作單位，工作區(qū)，文件信息等作用1進(jìn)程控制塊：進(jìn)程控制塊的作用是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序（包含數(shù) 據(jù)），成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。2程序段：是進(jìn)程中能被進(jìn)程調(diào)度程序在cpu±執(zhí)行

5、的程序代碼段。3數(shù)據(jù)段：一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)段，可以是進(jìn)程對(duì)應(yīng)的程序加工處理的原始數(shù)據(jù)，也可以是程序 執(zhí)行后產(chǎn)生的屮間或最終數(shù)據(jù)。包含信息在不同的操作系統(tǒng)中對(duì)進(jìn)程的控制和管理機(jī)制不同，pcb中的信息多少也不一-樣，通常pcb 應(yīng)包含如下一些信息。1、進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息每個(gè)進(jìn)程都必須有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，可以是字符串，也可以是一個(gè)數(shù)字。unix系統(tǒng)中就 是一個(gè)整型數(shù)。在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)由系統(tǒng)賦予。進(jìn)程標(biāo)識(shí)符用于唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程 通常有以下兩種標(biāo)識(shí)符。外部標(biāo)識(shí)符。由創(chuàng)建者提供，通常是由字母、數(shù)字組成，往往是用戶（進(jìn)程）訪問(wèn)該進(jìn)程使 用。外部標(biāo)識(shí)符便于記憶，如：計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程、發(fā)送進(jìn)程、接收進(jìn)程等。內(nèi)

6、部標(biāo)識(shí)符：為了方便系統(tǒng)使用而設(shè)置的。在所有的os中，都為每一個(gè)進(jìn)程賦予一個(gè)唯一 的整數(shù)，作為內(nèi)部標(biāo)識(shí)符。它通常就是一個(gè)進(jìn)程的符號(hào)，為了描述進(jìn)程的家族關(guān)系，還應(yīng)該 設(shè)置父進(jìn)程標(biāo)識(shí)符以及子進(jìn)程標(biāo)識(shí)符。還可以設(shè)置用戶標(biāo)識(shí)符，來(lái)指示該進(jìn)程由哪個(gè)用八擁 有。2、處理機(jī)狀態(tài)信息說(shuō)明進(jìn)程當(dāng)前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將相同的狀態(tài)的進(jìn)程組成一個(gè)隊(duì) 列，如就緒進(jìn)程隊(duì)列，等待進(jìn)程則要根據(jù)等待的事件組成多個(gè)等待隊(duì)列，如等待打印機(jī)隊(duì)列、 等待等。處理機(jī)狀態(tài)信息主要是由處理機(jī)各種寄存器中的內(nèi)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(wèn)，用于暫存信息。指令寄存器。存放要訪問(wèn)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(biāo)志等）用戶棧指針。每個(gè)用戶進(jìn)程有一個(gè)或若干個(gè)與之相關(guān)的系統(tǒng)棧，用于存放過(guò)程和系統(tǒng)調(diào)用 參數(shù)及調(diào)用地址。棧指針指向該棧的棧頂。3進(jìn)程調(diào)度信息在pcb中還存放了一些與進(jìn)程調(diào)度和進(jìn)程對(duì)換有關(guān)的信息。（1）進(jìn)程狀態(tài)。指明進(jìn)程當(dāng)前的狀態(tài)，作為進(jìn)程調(diào)度和對(duì)換時(shí)的依據(jù)。（2）進(jìn)程優(yōu)先級(jí)。用于描述進(jìn)程使用處理機(jī)的優(yōu)先級(jí)別的一個(gè)整數(shù)，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程優(yōu)先 獲得處理機(jī)。（3）進(jìn)程調(diào)度所需要的其他信息。（進(jìn)程已等待cpu的時(shí)間總和、進(jìn)程己執(zhí)行的時(shí)間總和）（4）事件。這是進(jìn)程由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)所等待發(fā)生的事件。（阻塞原因）進(jìn)程上下文：是進(jìn)程執(zhí)行活

8、動(dòng)全過(guò)程的靜態(tài)描述。包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與執(zhí)行該進(jìn)程有關(guān)的各種寄存器的 值、程序段在經(jīng)過(guò)編譯之后形成的機(jī)器指令代碼集、數(shù)據(jù)集及各種堆棧值和pcb結(jié)構(gòu)?？?按一定的執(zhí)行層次組合，如用戶級(jí)上下文、系統(tǒng)級(jí)上下文等。進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志：在進(jìn)程的整個(gè)生命周期屮，系統(tǒng)總是通過(guò)pcb對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制的，亦即，系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程 的pcb而不是任何別的什么而感知到該進(jìn)程的存在的，所以說(shuō)，pcb是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。 進(jìn)程的特征1. 動(dòng)態(tài)性2. 并發(fā)性3. 獨(dú)立性進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)屮獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單 位。沒(méi)有建立進(jìn)程的程序，不能作為一個(gè)獨(dú)立的單位參加運(yùn)行。4. 異步性5. 結(jié)構(gòu)

9、特性從結(jié)構(gòu)上看，進(jìn)程由程序段、數(shù)據(jù)段及pcb三部分組成。進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換1、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)（1）就緒狀態(tài)（ready）當(dāng)進(jìn)程己經(jīng)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(jī)，就可以立即執(zhí) 行。（2）執(zhí)行狀態(tài)（running）（運(yùn)行狀態(tài)）指進(jìn)程已獲得處理機(jī)而執(zhí)行的狀態(tài)。（3）阻塞狀態(tài)（block）（等待狀態(tài)）進(jìn)程因?yàn)榘l(fā)生某個(gè)事件而暫停執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)（如：請(qǐng)求i/o、申請(qǐng)緩沖空間等）。有時(shí)也稱“等 待狀態(tài)或“睡眠狀態(tài)。2、進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換 就緒t執(zhí)行：調(diào)度 執(zhí)行t等待：等待某個(gè)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(shí)間片用完或出現(xiàn)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(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程調(diào)度程序?yàn)樗峙淞颂幚頇C(jī)后，該進(jìn)程便由就緒狀態(tài)變?yōu)閳?zhí)行 狀態(tài)，正在執(zhí)行的進(jìn)程也稱為當(dāng)前進(jìn)程。執(zhí)彳丁狀態(tài)t阻塞狀態(tài)正在執(zhí)行的進(jìn)程因發(fā)生某件事件而無(wú)法執(zhí)行。例如：進(jìn)程請(qǐng)求訪問(wèn)臨界資源，而該資源正被 其它進(jìn)程訪問(wèn)，則請(qǐng)求該資源的進(jìn)程將由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)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(jìn)程,如果事件發(fā)生或中斷而被暫停執(zhí)行，該進(jìn)程便由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)。（分時(shí)系統(tǒng)中，時(shí)間片用完；搶占調(diào)度方式中，優(yōu)先權(quán)高搶占處理機(jī)）執(zhí)行狀態(tài)t終止?fàn)顟B(tài)當(dāng)一個(gè)進(jìn)程經(jīng)完成或發(fā)生某事件，如程序中出現(xiàn)地址越界、非法指令等錯(cuò)誤，而被異常結(jié)束 時(shí)，進(jìn)程將由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止?fàn)顟B(tài)。進(jìn)程控制在進(jìn)程管理中的作用進(jìn)

11、程控制是進(jìn)程管理中最基本的功能。它用于創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，終止一個(gè)已完成的進(jìn)程，或 者去終止一個(gè)因出現(xiàn)某事件而使其無(wú)法運(yùn)行下去的進(jìn)程，還可負(fù)責(zé)進(jìn)程運(yùn)行中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 一、創(chuàng)建進(jìn)程1引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件 在多道程序環(huán)境屮，只有（作為）進(jìn)程（時(shí)）才能在系統(tǒng)屮運(yùn)行。 因此，為使程序能運(yùn)行，就必須為它創(chuàng)建進(jìn)程。導(dǎo)致一個(gè)進(jìn)程去創(chuàng)建另一個(gè)進(jìn)程的典型事件, 可以有以下四類：1）用戶登錄在分時(shí)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(gè)進(jìn)程，并把它插入到就緒隊(duì)列中。2）作業(yè)調(diào)度在批處理系統(tǒng)中，當(dāng)作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法調(diào)度到某作業(yè)時(shí)，便將該作 業(yè)裝入到內(nèi)存，為它分配必要的資源，并立即

12、為它創(chuàng)建進(jìn)程，再插入到就緒隊(duì)列中。3）提供服務(wù)當(dāng)運(yùn)行中的用戶程序提出某種請(qǐng)求后，系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來(lái)提供用戶所 需要的服務(wù)，例如，用戶程序要求進(jìn)行文件打印，操作系統(tǒng)將為它創(chuàng)建一個(gè)打印進(jìn)程，這樣, 不僅可以使打印進(jìn)程與該用戶進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，而且還便于計(jì)算出為完成打印任務(wù)所花費(fèi)的時(shí) 間。4）應(yīng)用請(qǐng)求在上述三種情況中，都是由系統(tǒng)內(nèi)核為它創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，而這一類事件則是 基于應(yīng)用進(jìn)程的需求，由它創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，以便使新進(jìn)程以并發(fā)的運(yùn)行方式完成特定任 務(wù)。2.進(jìn)程的創(chuàng)建過(guò)程一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了耍求創(chuàng)建新進(jìn)程的事件后，便調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語(yǔ) creat （）按下述步驟創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。1）申請(qǐng)空白pcbo為新

13、進(jìn)程申請(qǐng)獲得唯一的數(shù)字標(biāo)識(shí)符，并從pcb集合中索取一個(gè)空白pcbo2）為新進(jìn)程分配資源。為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間。顯然，此 時(shí)操作系統(tǒng)必須知道新進(jìn)程所需要的內(nèi)存大小。3）初始化進(jìn)程控制塊。pcb的初始化包括： 初始化標(biāo)識(shí)信息，將系統(tǒng)分配的標(biāo)識(shí)符和父進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，填入新的pcb中。 初始化處理機(jī)狀態(tài)信息，使程序計(jì)數(shù)器指向程序的入口地址，使棧指針指向棧頂。 初始化處理機(jī)控制信息，將進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為就緒狀態(tài)或靜止就緒狀態(tài)，對(duì)于優(yōu)先級(jí)， 通常是將它設(shè)置為最低優(yōu)先級(jí)，除非用戶以顯式的方式提出髙優(yōu)先級(jí)要求。4）將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列，如果進(jìn)程就緒隊(duì)列能夠接納新進(jìn)程，便將新進(jìn)程插入到就緒

14、隊(duì) 列中。二、進(jìn)程終止1引起進(jìn)程終止的事件1）正常結(jié)束在任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都應(yīng)該有一個(gè)表示進(jìn)程已經(jīng)運(yùn)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(diào)用。當(dāng)程序運(yùn)行到hold 指令吋，將產(chǎn)生一個(gè)中斷，去通知os本進(jìn)程已經(jīng)完成。2）界常結(jié)朿在進(jìn)程運(yùn)行期間，由于出現(xiàn)某些錯(cuò)誤和故障而迫使進(jìn)程終止。這類異常事件很 多，常見的有：越界錯(cuò)誤，保護(hù)錯(cuò)，非法指令，特權(quán)指令錯(cuò)，運(yùn)行超時(shí)，等待超時(shí)，算術(shù)運(yùn) 算錯(cuò)，i/o故障。3）外界干預(yù)外界干預(yù)并非指在本進(jìn)程運(yùn)行屮出現(xiàn)了異常事件，而是指進(jìn)程應(yīng)外界的請(qǐng)求而 終止運(yùn)行。這些干預(yù)有：操作員或操作系統(tǒng)干預(yù)，父進(jìn)程請(qǐng)求，父進(jìn)程終止。2.

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

16、當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程請(qǐng)求操作系統(tǒng)提供服務(wù)時(shí)，由于某種原因，操作系統(tǒng)并 不立即滿足該進(jìn)程的要求時(shí)，該進(jìn)程只能轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)來(lái)等待，一旦要求得到滿足后，進(jìn) 程被喚醒。2）啟動(dòng)某種操作當(dāng)進(jìn)程啟動(dòng)某種操作后，如果該進(jìn)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(jìn)程阻塞，以等待該操作完成，該操作完成后，將該進(jìn)程喚醒。3）新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)對(duì)于相互合作的進(jìn)程，如果其中一個(gè)進(jìn)程需要先獲得另一（合作）進(jìn)程 提供的數(shù)據(jù)才能運(yùn)行以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，則是要其所需數(shù)據(jù)尚未到達(dá)，該進(jìn)程只有（等待） 阻塞，等到數(shù)據(jù)到達(dá)后，該進(jìn)程被喚醒。4）無(wú)新工作可做系統(tǒng)往往設(shè)置一些具有某特定功能的系統(tǒng)進(jìn)程，每當(dāng)這種進(jìn)程完成任務(wù)后, 便把自己阻塞起來(lái)以等待新任務(wù)到來(lái)，新任務(wù)到達(dá)后，該進(jìn)程被喚醒。2進(jìn)程阻塞過(guò)程正在執(zhí)行的進(jìn)程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述某事件后，rh于無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，于是進(jìn)程便 通過(guò)調(diào)用阻塞原語(yǔ)block把自己阻塞。可見，進(jìn)程的阻塞是進(jìn)程口身的一種主動(dòng)行為。進(jìn)入 block a程后，由于此時(shí)該進(jìn)程還處于執(zhí)行狀態(tài)，所以應(yīng)先立即停止執(zhí)行，把進(jìn)程控制塊中 的現(xiàn)行狀態(tài)由執(zhí)行改為阻塞，并將pcb插入阻塞隊(duì)列。如杲系統(tǒng)中設(shè)置了因不同事件而阻 塞的多個(gè)阻塞隊(duì)列，則應(yīng)將本進(jìn)程插入到具有相同事件的阻塞（等待