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浅谈进程(操作系统部分)

时间:2011-05-07  来源:行者无疆!

进程是操作系统管理硬件资源(处理器,主存,IO设备等)在软件层面的高层抽象和基本单位。主存和IO在软硬接口层面抽象成虚拟存储器,用于存储进程及其上下文(状态)。处理器的操作在硬件层面上被抽象成指令体系结构,进程被进一步抽象成操作信号(在进程之间相互通信),从而对用户可见。一般而言,进程被认为是一段正在执行的程序实体,它在虚拟存储器中的地址空间是私有的,由一个基址寄存器和界限寄存器界定存储空间的起始地址和空间大小(类比过程调用的栈帧),可防止进程间的冲突。进程的上下文切换是一种异常控制流机制,异常控制流主要包括中断,自陷,故障和终止。中断相对于IO;自陷(一种特殊的中断)相对于系统调用;故障和终止相对于硬件。中断和自陷由操系统定义,而故障和终止则由硬件构架师定义。
操作系统用于管理硬件资源,而进程是操作系统分配资源的基本单位。所以,进程的创建是在操作系统的管理下进行的。进程的创建在虚拟存储器的内核部分(一部分操作系统常驻内存,对用户不可见,即用户不能操作此区域),由进程表进行维护。进程切换需多道程序设计与异常处理控制流以及虚拟存储器的支持,比如当程序中断时,先把中断处的资源(也说状态)保存在进程上下文中(往往保存在一些寄存器或栈中)【此处为异常处理控制流和虚拟存储器的支持】。而后处理器就可以执行其他程序(进程)【此处为多道程序设计支持】,从而实现了进程的共享和并发。
进程的共享可以用虚拟存储器空间的重叠来实现,进程的并发则通过上下文的切换来实现(注意:并发指的是一段时间)
操作系统通过控制内核中进程表上下文的相关信息,用来控制和指示应用程序的执行(此时处理器的控制权由内核转向应用程序(即用户))【注:用户只有通过自陷(系统调用)才能进入内核对进程进行创建和撤销以及对进程表进行相关信息的修改(比如对下一个用户程序执行(进程下文)的索引指针(相当于PC),而内核可以访问整个虚拟存储器的内容】虚拟存储器是一种PC高位和形式地址低位组合的页面机制,(故寻址不需要计算,速度较快)进程存放在页中,而磁盘与内存交换信息是以页为单位的,所以进程可能是一个页或几页,也可能是一页中的某些字节(段页式存储结构交换信息的单位也是页)
当进程进行上下文切换时,在多道程序下选择哪一个进程作为下文呢?这就涉及到了进程的调度问题。

信号机制分两类:  内核控制:父进程与子进程之间的通信
                  进程控制:一个进程与另一个进程之间的通信(无父子关系)

进程的可见与不可见是根据虚拟存储器中分配的空间地址来区分的,例如进程的某些状态(如进程上下文的索引)放在内核,对用户来说就是不可见的。但若进程本身的程序放在栈中,则对用户是可见的,因为用户可以对它进行操作。但是用户必须先自陷得到进程下文的索引才能在用户可见区,通过对可见应用程序的执行(即进程本身)来进行操作。

自己悟的,若有错,请高手指正,谢谢。

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