第二章-处理器管理

第二章处理器管理

主要内容

・中央处理器概述

・中新技术

•选程及其实现

•线程及其实现

•处理器调度算法

-,中央处理器概述

•处理器管理是操作系统中最核心的部分，因为

它管理的也是计算机中最重要的硬件

•处理器管理主要是负责管理、调度和分配处理

器，并控制程序的执行

•处理器管理的优先直接影响系统的性能

•操作余统中最重要的是处理器管理

•处理器管理中最重要的是处理器调度

•对一个选程的济源，处理器在调度时还可以选

一步细分，最小的调度单住称作线程(Thread)

・各种操作条统对线程的实现方式，各不相同

•两种并发的形式J:

①交替执行（单CPU）

②并行执行（多CPU）

•在设计一个操作系统时，既要考虑单CPU,

也要考虑多CPU,或者说，在设计时，不能

假设CPU的数目

处理器硬件介绍

1.体宗结构

处理器的任务：按照程序计数器PC的指句，

从主存中读取指令到指令寄存器,对指令进

行译码，取出操作教，然后执行指令

•根据处理器的数目，可以分为单处理器系绕和多处理器

统

单处理器系统：一个计算机条统只包括一个运算处理器

多处理器系统：一个计算机条统有多个运算处理器

•早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，程

序员编写串行物行的代回，让其在处理器上串行执行，

每条指令的执行也是串行的（取指令、取操作教、执行

操作、存储结果），采用流水线、发射体系结构等技术,

加快指令的执行

并行技术出现后，发展得比较好的一种体系

结构为：多指令流多数据流结构

,分为两类

①共享存储

②分布式存储

®所谓共享式存储，是指共享所有处理器,

平等地访问同一个物理内存

根据处理器分配策略，又可以分为两类：

I.主从式j索统CMain/SlaveMulti-Processor,

MSPJ

11.对称式条统（SymmetricMulti-Processor,

SMPJ

•MSP：在特别的处理器上运行内核，在其他处

理器上运行条统程序和应用程序

•优点：实现简单

•缺点：主CPU一旦崩溃，索统就崩溃，且主

CPU会成为系统性能的瓶颈

•SMP：内核与应用程序可以运行在任意CPU

-每个处理器都可以自我调度运行的进程和线程，单

个进程的多个线程可在不同处理器上同时运行

-操作条统内核也被设计成多进程或多线程，内核的

各个部分可以并行执行

•优点：对称性，单一地址空间，可靠性、犷充性好

•缺点：实现复杂

②分布式存储：每个处理单元有自己独立的主

存与通道，各个单元之间通过线路或网络相

连

例如集群（CluserJ就是一种典型的分布式

系统

■集群（Cluster；条统

是一组互连的计算机系统，属于分布式系统的一种

集群操作系统也是分布式操作系统的一种

集群系统运行时构成统一的计算密源，给人以一台机

器的感觉

集群系统中的每一台计算机离开集群后自己可以独立

工作

•现今大多数通用操作索统既支持单处理器条统,

也支持多处理器系统和集群宗统

2.寄存器

寄存器用于存储数据、变量和运算的中间结果，用于加快

运算，保存状宓

计算机条统的处理器包括一组寄存器，其个数根据机

型的不同而不同，它们构成了一级存储，比主存参量

小，但访问速度快。

某时刻寄存器的内叁，描述了一个选程当时的执行状态，

称为处理器现场

寄存器的分类

通用寄存器：可由程序设计者指定许多功能，如存

放操作数或用作寻址寄存器

数据寄存器：存放操作教，作为内存数据的高速缓

存

地址寄存器：指明内存地址，如索引寄存器、段寄

存器、堆核指针寄存器等

I/O地址寄存器：指定1/。设备

■1/。缓冲寄存器：用于处理器和I/O设备交换数据

控制寄存器：存放处理器的控制和校态信息，至少

包括程序计数器PC和指令寄存器IR,中新等存器以

及用于点储器和I/。模块控制的寄存器

■其他寄存器

3.指令

每台计算机的机器指令的集合，称为指令东

统,它反映了该计算机的能力

指令的分类

⑴数据处理类指令：执行算术和谈春运算

(2)转移类指令：改变指令轨行序列，如无条件转移、

条件转移等

(3)数据传送类指令：用于在处理器的寄存器和寄存器、

寄存器和存储器单元、存储器单元和存储器之间交换

数据

(4)移住与字符串指令：算术、逆辑、循环移优；字符串

的传送、比较、查询、转换

(5)1/。类指令：用于启动外围设备，让主存和外围设备之

间交换数据

•指令按使用权F艮分类，可分为特权指令和非特

权指令

•特权指令，是指只能被内核使用的指令，比如

启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽佳，清空

主存，建立存储键，加载PSW等关键操作

•非特权指令，是指可以被应用程序使用的一些指令，当

然内核也可以使用

•内核可以使用全部指令（特权与非特权），而应用程序

只能执行非特权指令

比如

1J置程序状态字指令属于特权指令

2）启动外围设备进行输入/输出的指令也属于特权指令,

只能在操作系统程序中执行，否则会出现多个用户程序

竞争使用外囹设备而导致I/。混乱

•如果应用程序中出现了特权指令，则会产生保护中断,

程序会转入特定的异常处理程序进行处理

•中央处理器怎么知道当前是操作条统还是一般

用户程序在运行呢？依赖于处理器状杰的标志

•在执行不同程序时，根据执行程序对济源和机

器指令的使用权限把处理器设置最不同状忐

4.处理器状出（运行模式）：表明此时处理器

是运行在内核上还是应用程序上，即当时可

以使用哪些指令

分为两种状忐：核心忐fKernelMode,也叫

管志J,用户忠CUserMode,也叫百态）

•核心志:

•运行在内核上

•可以执行所有指令

•可以访问所有内存与其他济源

,可以改变处理器技去

・用户志:

•运行在一般应用程序上

•只能执行非特权指令

•只能访问属于该进程的内存和其他济源

・不能改变处理器技去，除非杂用特定的方式

总结

当处理器处于核心态时，程序可以执

行全部指令，访问所有济源，并具有

改变处理器状态的能力

当处理器处于用户态时，程序只能执

行非特权指令

Intelx86的处理器状忐级别

o级为操作系统内核级：处理1/0、存储管理和其他关键操作

1级为京统调用处理程序级：用户程序可以通过调用这里的过程

执行余统调用，但是只有一些特定的和受保护的过程可以波调用

2级为共享库过程级：它可以被很多正在运行的程序共享，用户

程

序可以调用这些过程，读取它们的数据，但是不能修改它们

3级为用户程序级：受到的保护最少

叁蒸：各个操作条呢笈实现过程中可以根据具体策啧有选择地使

用硬件提供的保护级别,如运行在乂86上的Windows操作条线只使

用了。级和3级

・何时可由用户忐转入核心态，两种途彳空:

①执行余统调用，申请操作系统服务

②产生中断或异常，让中断处理程序工作

•前者为应用程序主动发起的

•后者是由于产生了意外事件导玫的

这两种情况都是通过中新机制发生的

•当索统响应中断交换程序状忠字时，处理中新事

件的处理程序的程序状忠字的处理器状去住一定

为“核心忐”

•总之，应用程序需要在受控制的情况下，改变处

理器状忐，并被安排跳转到指定的地方开始执行

•由用户态转入核心忐:

每台计算机通常会提供一条特权指令称作加莪

程序状忐字LPSWCLoadPSWJ,用来实现操

作系统向用户程序的转换

・计算机如何知道当前处于何种工作技忐

•这时能否执行特权指令？

•通常操作系统都引入程序状忐字PSWfProgram

StatusWord；来区别不同的程序工作状态

5.程序收态字

PSWCProgramStatusWordJ,主要作用

是实现程序状忐的保护与恢复

•每个CPU都有一个存放PSW的硬件装置，而相

应，每一个进程都有一个PSW的数据结构，当

某一个进程占用CPU执行时，它把自己的PSW

放入CPU,当这个进程被换出时，也更新它的

PSW数据结构

•注：并非每个CPU都有一个真正的PSW寄存器,

一些CPU条用几个寄存器来实现PSW寄云器的

方式

•如Intelx86中，用EFLAGS和EIP来表示PSW

程序状忐字寄存器一般包括以下内

■程序基本状宓：

程序讨教器：指明下一条执行的指令地址

条件码：表示指令执行的结果状忐

处理器校杰佳：指明当前的处理器状志，如日惑或

管忐、运行或等待

中新码：保存程序轨行时当前■发生的中断事件

中新冬薮住:指明程序执行中发生中断事件时，是否响

应出现的中断事件

4-

•现代的操作索统，是由中断驱动的

1.定义finterruptj:是指在程序执行过程中,

遇到急需处理的事件时，暂时中止现行程序

在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理

程序，待处理完成后，再返回断点或调度其

他程序执行

•中断最初是用来斛决CPU轮询外囹设备导致大

量浪费CPU时间的问题，后来这种机制被应用

到其他各种情形中，包括系统调用、异常，也

出现了用软件模拟中新机制这种行为

•中断由中断源或中断装置发出，其共性：改变

处理器的操作执行次序，同时也是实现了把控

制权从应用程序转移向来的功能，比如从应用

程序转移到内核

•在提供中新装置的计算机系统中，在每两条指

令或某些特殊指令执行期间都检查是否有中断

事件发生，若无则立即执行下一条或继续执行,

否则响应该事件并转去处理中断事件

中新的分类r一）

从中断事件的性质和激活的手段来分

-强迫性中断事件

-自愿性中断事件

强迫性中断事件

■强迫性中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由

于随机发生的某种事故或外部请求信息所引起的

■这类中断事件大致有：

机器故障中新事件：如电源故障、主存储器出错等

程序性中断事件（异常）：定点溢出、除数为0、地

址越界等

外部中断事件：如时钟的定时中断、控制台发控制

信息等

输入输出中断事件：如设备出错、传输结束等

自愿性中断事件

自愿性中断事件是正在运行的程序所期待的事件

比如请求分配外设

请求1/0

这种事件是由于执行了一条访管指令而引起的，它表

示正在运行的程序对操作系统有某种需求，一旦机器执

行到一条访管指令时，便自愿停止现行程序的执行而转

八访管中断处理程序处理

中断的分类（一）

序序

两类中断事件

中断的分类r二）

按照中新是由硬件还是软件发出的，可分为:

①硬中断：由硬件发给CPU的中断

②软中断：由软件发给软件的中断

・硬中断可以继续按照中断源硬件所处的住置,

分为：

I.外中新：来自处理器之外的硬件产生的中断

信号，比如键盘中新，设备中新

II.内中断：来自处理器内部的硬件产生的中断

•外中新包括：

-包源故障中新

-时钟中新

-控制台中新

-它机中新

-I/O中新等

•不同的中断具有不同的中新优先级，处理高一级中新

时，往往会屏蔽部分或全部低级中断

•外中断信号，不一定是代表了一定发生了需要

CPU处理的事情，很多时候，只是告诉一下CPU

设备完成了某项工作，这个时候，CPU其实并不

一定要知道这个中断发生了

•因此，外中断可以分为可屏蔽中断与不可屏薮中

新

•有一些中新，是比较紧急的情况，是不可以忽

略的，CPU在收到这些中断信号后，必须马上

进行处理，否则会引起索统的问题，这些就是

不可屏薮中断

•内中断（异常）：CPU在运算过程中，也会出

现一些错误或者意外事件,这里面一部分是运

算发生了错误，比如除数为零等，另外一部分

是程序“故意”而为之，目的就是触发中断机

制，使控制权强行跳转到苏一个地方

二般

异把外中断就叫做“中断”，内中断叫做

称

为”，有些书上，把故意而为之的异常，

陷阱”，把异常中的错误，叫“故障”

•具体对内中断（异常）的产生原因，做一下

分类：

①访管中新：主动引发我行条统调用

②硬件故障：处理器内部的硬件问题

③程序性异常：运算过程中出现错误，比如除

数为0、页故障、地址越界等

•异常均不可屏薮，因为其不是错误，就是有

意为之，都是有目的的，而中断则是要分情

况，有些可屏薮，有些不可屏薮

•异常根据是否故意产生分成两类

1.出错(fault)

2.陷入(trap)

出错和陷入的区别

它们发生时保存的返回指令地址不同

出错保存指向触发异常的那条指令

陷入保存指向触发异常的那条指令的下一条指令

从异常返回时

出错会重新执行那条指令

陷入就不会重新执行那条指令

■如缺页异常是一种出错

陷入主要应用在调试中

中新和异常的区别

中断是由与现行指令无关的中新信号触发的（异步）

中新的发生与CPU处在用户模式或内核模式无关，通

常在两条机器指令之间才可响应中新，中新处理程序

提供的服务不是为当前进程所需的，如时钟中新，硬

盘读写服务请求中新

异常是由处理器正在轨行现行指令而引起的（同步），

一条指令执行期间允许响应异常，异常处理程序提雇

的服务是为当前进程所用的

中新可被屏霰，异常不能被屏霰

•举例：Intelx86规定的一些中断和异常:

Table6-1.ExceptionsandInterrupts

VectorNo.Mnemonic

DescriptionSource

0*DEDtvkleErrorDIVandIDIVinstructions.

1#DBDebugAnycoGeordatareference.

2NMIinterruptNon-maskat)leexternalinterrupt

3吞BPBreakpointINT3instruction

A#OFOverflowINTOinstruction

5*BRBOUNDRangeExceededBOUNDinstruction

6#UDInvahdOpcode(UnDeftneaUD2Instructionorreservedopcode'

Opcode)

7DeviceNotAvailable(NoMaihFloating-pointorWAIT/FWAITinstruction

Coprocessor)

8#DFDoubleFaurtAnyinstructionthatcangeneratean

exception,anNMI,oranINTR.

9#MFCoProcessorSegmentOverrunFloating-pointinstruction.2

(reserved)

IOInvalidTSSTaskswitchorTSSaccess.

11#NPSegmentNotPresentLoadingsegmentregistersoraccessing

systemsegments

12#SSStackSeomentFaultStackoperationsandSSregisterloads.

13#GPGeneralProtectionAnymemoryreferenceandother

protectionchecks

14»PFPageFaultAnymemoryreference.

15(Intelreserved.Donotuse)

16Floating-PointError(MathFault)Floating-pointorWAnVFWAFTinstructson

17*ACAlignmentCheckAnydatareferenceinmemory.3

18#MCMachineCheckErrorcodesOfany)andsourcearemodel

dependent4

19SIMOFloating-F^ointHxcepxion5SIMDFloating-尸ointInstruction

20-31(Intelreserved.Donotuse.)

32-255MaskableInterruptsExternalinterruptfromINTRpinorINTn

instruction.

1-TheUD2instructionwasintroducedinthePentiumProprocessor

2.IA-32processorsaftermeIntel386processordonotgeneratethisexception

3.ThisexceotionwasintroducedintheIntel486processor

4.ThisexceptionwasintroducedinttiePentiumprocessorandenhancedintheP6familyprocessors

5.ThisexceptionwasintroducedInthePentiumillprocessor

•Linux中把异常按照发生之后处理的方式，

分为以下四种：

①故障CFaultJ:发生问题处理完毕后，再

执行一次原来的指令

②陷阱（Tr叩）：执行特定的调试指令时触

发,被调试的进程遇到所设置的新点处会

暂停等待

③终止CAbort；:某些错误发生后，无法恢

复，不会返回原进程，有时甚至需要重启计

算机

@编程异常(ProgrammedException):用于

实现京统调用

总结：

•故障发生后，处理完毕后将原来引发故障的指

令再执行一遍

•陷阱与编程齐常发生后，处理完毕之后，执行

原指令的下一条指令

•终止则不再返回原来的指令

•软中断：不必由硬件产生的中断。实质是用一

种软件的办法来模拟硬中断的一种方式

・软中断利用一般中断的思想方法，来处理进程

之间的一些问题

•软中断通常是由内核或选程对某个进程发出

的中断信号，可看作内核与进程或进程与进

程之间用来模拟硬中新的一种信号通信方式

①信号

②软件中断

•几种中断各自的用途：

①中断（外中断）：外部设备对CPU的中新

②异常（内中断）：因指令执行不正常而对

CPU的中新

③软件中断：用于硬中新服务程序对内核的中

新

©信号：用于内核或进程，对某个进程的中断

•中断与信号有很多类仞之处：

①概念上一致：都是中新源向某个目的地发送

中断信号

②均是异步：不知道何时会发生中断事件

③实现方式均系用句量表，以句量号做索引查

找中断处理程序

©均设有“中断屏蔽住”，可以对于一些中断

信号，置之不理

•中断与信号的区别：

①中断由硬件和软件实现，信号则专门由软件

实现

②中断句量表与中断处理程序优于内核空间，

而信号句量表属于内核空间，但信号处理程

序一般住于用户空间

③中新会立即处理，而信号则可能会延时

3.响应方式

尽管中断有这样那样的分类，但其处理起来

的方式是一致的：根据中新源提供的中断句

量，在主存中找到相应的处理程序入口，并执行

中新向量由硬件或内核预先定义

•中新的捕获:

•外中断：每个指令执行结束后，CPU检查中断

寄存器中是否有中断事件，来判断是否有外中

断需要执行

•内中断：指令执行的时候，就会发生，无需去

检查中断寄存器

•中断的响应：

①发现中断源

②保护现场：保护PSW

③转向中断/异常处理程序：切换用户去至核心

太

©恢复现场：恢复用户忠，恢复PSW,下一条

招令是什么，要根据中断的类型

•以Linux中断机制为例:

•差用中断描述符表C1DTJ,含有256个中断

描述符，表示相应的中断或异常

•用一个专门的中断描述符表寄存器IDTR来指

代IDT的住置

・每个中断/异常有一个句量号,0-255,表示在

IDT中的索引

•在索统初始化时，创建IDT,分配句量号

•Linux对向量号的使用情况：

・0-31异常或硬件非屏薮中断

•32-47硬件可屏薮中新

・48—255软中断，其中128号为系统调用

4.具体的处理方式：

①程序性中断：几类错误：1,语法错误；2,

逆春错误；3,运行异常

一般借助于信号机制，内核往往将这类事件

交给应用程序自行处理

②访管中新（异常的一种）：

以Linux为例，调用号放入EAX,其余参数分别

放入EBX,ECX,EDX,ESI,EDI寄存器中，然

后执行访管指令int0x80,陷入内核，返回值

也放回EAX

③时钟中新：

时钟是内核选行调度工作的重要工具，利用

定时器能够确保内核可以获得控制权

时钟：绝对时钟间隔时钟

•绝对时钟：每隔一定时间间隔，产生一次中断

•间隔时钟：当寄存器内态为。时，产生中断，

相当于闹钟

■绝对时钟

豕统设置绝对时钟寄存器，定时地把该寄存器的内

叁加1。如果开始时这个寄存器的内焦为0,那么，

只要操作员告诉豕统开机时的年、月、日、时、分、

秒，以后就可施算出当前的年、月、0、时、分、

秒

计算当前时间时，只要按时钟中新的次数和绝对时

林等存聚的内参推算就可得对

■间隔时钟

间隔时钟是定时将一个间隔时钟寄存器的内宏减1,

当间隔时钟寄存皋的内参为0时，产生一个间隔时

钟中新，起到闹钟的作用，意味着预定的时间到了。

操作系统经常利用间隔时钟作控制调度

总结：时钟的任务

维护绝对日期和时间

防止进程的运行时间超出其允许值，发现陷入

死循环的选程

对使用CPU的用户进程记账

处理进程的间隔时钟（闹钟）

对系统的功能或部件提供监视定时器

•中断需要硬件和软件结合来发挥作用，比如这

里时钟中新硬件只按已知时间间隔产生中断，

至于中断以后干什么，由软件来负责

5.中断优先级、多重中断:

问题出现的背景：当同一时刻出现了多个中

新,怎么办

•处理的原则：

①以不发生中断妥失为前提，把紧迫程度相当的

中新源归为同一级别，紧迫程度差别大的归为

不同的级别

②级别高的中断有优先获得响应的权利，低优先

级的中断可以被高优先级的打断，反之不行

•中新优先级：中断装置所预设的响应顺序

•中断优先级：事先通过评估各种中断事件的紧

急程度，来规定不同的优先级

•当同时出现了多个中断事件时，可以用软硬件

相结合的办法，将中断事件排成一个队列，根

据优先级来排定。

•硬件：根据排定的优先次序做一个硬件

链式排定器,当有高一级的中断事件产

生时，封住比它优先级低的所有中断源

•软件：编写一个查询程序，依据优先级

次序自高利低进行查询

•例如：

•IBM机器中，优先级如下：机器校验中新、自

愿性中断、程序性中断、外部中断、1/0中断

•Intelx86,优先级如下：复住、异常、软件中

新、非屏蔽中断、可屏薮中断

多重中新

•多重中新：中新同时出现、中新虽不同时出现却被硬

件同时发现、其他中新正在处理期间，CPU又响应了

新的中断事件，于是暂停正在运行的中断处理程序，

转去物行新的中断处理程序，这就是多重中新，又称

中新嵌套

•处理多重中断的另一个方法：中新屏薮住

•当某个中断处理程序正在轨行时，可以暂时关闭中新

响应，这是通过对中新屏霰住来做到的

•中断屏薮：产生并提出中断请求后，CPU允许

响应或禁止响应的状志住

•复核COJ:禁止响应中断

•置住C1):允许响应中断

・中断屏薮可以暂时禁止对某些中断响应，协调

中断响应与中断处理之间的关系

-可以被屏薮的中新

•所有的输入输出中新

•外中新

•机器校验中断

-不可以被屏薮的中断

•电I源新电I中新

•自愿性访管中新

-中新的屏薮是根据程序状忐字中的中新屏霰住来实现的。

通常允许中断时屏蔽优为1,禁止中断时，屏霰伐为0

H

1.基本概念

•定义：进程是可并发执行的程序在某个数据集

合上的一次计算活动，也是操作系统进行济源

分配和保护的基本单住

•注：现代操作索统，往往把线程当做调度的基

本单传，但分配济源时，是以进程为单传的

•通俗讲：进程就是一个正在执行的程序

•理论上：对当前运行程序的一种抽象

•实践上：是一种数据结构，用来刻画当时的程

序的动忐执行技忐

•进程的想法最早在MULTICS项目和CTSS/360

机器设计中出现，因此叫法不一

•MIT：Process也程

•IBM：Task任务

•Univac：Action活动

•为何要引入进程这个概念?

•在多道程序设计之下，原来的“程序”概念已

经不能用亲描述这时候的情况了，程序只是一

个静态的概念，而进程是一个动志的概念

•程序：存放在磁盘上的文件

•进程：运行着的程序实例，包括代码，数据,

信号，核等多种信息

•进程的一些属性：

①结构性：至少包括程序块、数据块、进程控

制块

②共享性：多个进程执行的是相同的程序、各

个选程之间可共享济源

③动出性：是程序在数据上的一次计算过程，

有生命周期

©独立性：各个进程之间的资源彼此独立、由

操作条统保护各个选程之间不互相干扰

©制约性：各个进程共享系统资源，同时彼此

之间存在制约

⑥并发性

2.进程的状忠：

由于选程是一个动忐的概念，因此其具有状忐,

基本的可以分为三种：运行忠、就绪志、等待

大

分类标准：是否满足运行条件、是否占有CPU

®运行忐Crunning；:满足运行条件、占有

CPU

②就绪志（ready；:满足运行条件、不占有

CPU（等待被调度）

③等待忐（wait）:不满足运行条件、不占有

CPU,也叫雁眠，阻塞

•在各个操作系统设计时，为了便于管理，在此

三忠基础上，又会增加一些状志

•增加“新建志（new）”和“终止出

（exit）”，描述选程刚创建和结束时候的两

种状忐

•增加“挂起去（suspend）,指暂时把进程

换到磁盘缓冲区内

•在suspend状忐基础上，又可以继续增加两种

我去：

・挂起就绪志(readysuspendJ:把就绪志的进

程，换到段盘缓冲区中

•挂起等待态(blockedsuspend):把等待忐的

进程，换到段盘缓冲区中

・挂起的原因:

•内存不够用了

•系统发生一些故障，一些进程暂时换出去

•处于等待点的选程，没必要占用济源

・调试进程的需要

•注：只有在内存的调度队列里的进程，才具有

被调度的落格。挂起的选程住于磁盘上，尽管

具有运行条件,但也无法被调度，如需被调度,

先要将其收忐转为就绪出

3.进程的描述和组成

•从单个角度看，一个运行的程序由以下组成:

程序块：组成程序的代码集合

数据块：全局数据

找：用来管理函数调用关系的结构

•如果在多道程序设计情况下，光靠以上三个，

已经不能描述出一个进程的状志了，所以需要

再引A^一些数据结构

•进程控制块：存储进程的标志信息，现场信息

和控制信息，每一个进程分配一个进程控制块

•另一个概念：选程上下文（processcontexj

进程执行时，除了本身自己的代码，数据，找

外，还需要时不时地句内核申请服务，当陷入

内核后,就用到了内核自己专用的一些资源，

如核心核，内存管理信息表等，所有这些资源,

称为进程上下文

选程上下文包括:

①用户级上下文（userlevelcontexj:进程自

己的代码、数据、找等

②系统级上下文（systemlevelcontexJ:进程

陷入内核后，内核所使用的内存管理信息表、

核心核，也包括进程控制块

③寄存器上下文（registercontexJ:各个寄存

器当时的信息，用于保护和恢复现场

•进程控制块(processcontrolblockj:

•进程存在的唯一标识

•内核用来记录和刻画进程技态的数据结构

•管理和调度选程的依据

•进程控制块具有的信息：

①标识信息：进程号，进程组号等

②现场信息：各个寄存器当时的值

③控制信息：调度相关信息、进程间通信信息、

段页表指针信息等

•内核管理各个进程的方式--进程队列

•根据进程的各种关系，定义队列：

按照进程技忐队列：运行队列、就绪队列、等待

队列

因此一个进程可能同时处于几个队列之中

4.进程切换

•进程切换的大致过程:

用户空间发生中断或异常

回到用户空间;1进程切换

•进程切换可能发生在每一次陷入内核之后，如

果进程不再满足运行条件，内核就会再次挑选

另外的进程，而把当前进程放入其他队列（就

绪队列、等待队列、挂起队列等）

•并非每一次陷入内核，就会发生切换，在下

列条件下，会发生切换：

①当进程失去了某些运行必要条件

②进程完成了余统调用，却发现失去了CPU

③选程完成了中断处理，却发现失去了CPU

@进程时间片已到

•步骤：

®保存原进程的处理器现场

②修改原进程PCB

③把原PCB加入相关队列

©选择苏一进程

⑤修改该进程的PCB信息

⑥恢复挑选进程的地址空间

⑦恢复挑选选程的处理器信息

•处理器模式切换：

用户走和核心态相互转化

•与进程上下文切换的区别：选程上下文是在不

同进程间切换，处理器模式转化是在同一个选

程间切换

•具体的步骤：

①保存原进程的处理器现场

②处理器状忠从用户去转为核心出

③设置中断屏蔽住（可选J

@根据调用号或者中断号，选人相应的服务程

序八口地址

•从CPU角度看，可以认为CPU在轮流为系统

中的各个进程服务

•每时刻，CPU都处在下列三种状忐之一：

①用户空间，处于选程上下文，使用用户找

②内核空间，处于进程上下文，使用核心核

③内核空间，处于中新上下文

•注：当处于内核时，不能被抢占，即当一个选

程申请进入内核，或者发生中断之后，在内核

处理时，不能再响应另一个进程的系统调用

,但是内核可以响应中断

5.进程的控制和管理

内核有专门的进程管理程序，控制着次多进

程的生命周期

主要工作：创建进程，阻塞、唤醒进程，挂

起、激活进程，终止和撤销进程

•新概念：原语primitive

是指一个不可分割的动作，在这个动作执行期

间，不允许中断

上述的几个行为，就是一种原语，采用特殊的

硬件指令实现

•注：并非内核所有的行为,都是原语，只有少

部分的比较关键的行为是原语

原语执行时不响应中断，会影响索统的效率

®选程创建：

•从PCB池中申请一个左间的PCB,分配进程

•为新进程分配地址空间并加载

•分配其他资源

•初始化PCB

•把新进程设置为就绪点，放入就绪队列

•通知其他模块更新信息

②进程撤销

•根据要撤销的进程号，从响应队列中找到并

删除

•绛放该进程占用的全部济源

•撤销其所有子进程

•回收PCB放入池中

③阻塞、唤醒

阻塞是进程主动调用阻塞原语来进行的，也

就是说，是主动行为

唤醒则要另一个进程来噢醒它

•阻塞步骤:

•停止执行，保存现场信息

•修改PCB内奈，特别是进程状去，并移入响应

队列

•进入调度程序，选择苏外的进程运行

•唤醒步骤:

•取出待唤醒的进程

•修改PCB的相关内今，移入就绪队列

•等待下次被调度

@进程挂起和激活

这个过程跟阻塞、唤醒很相仞，只不过阻塞、

唤醒是在就绪和等待队里移动，挂起、激活

是在内存和凝盘缓冲区移动

四、线程

・进程内部可以再进