# 2.2 进程的状态与转换

## 一、进程的基本状态

### 1.1 三种基本状态

进程在其生命周期中，由于调度策略和运行情况的不同，会处于不同的状态。

#### 就绪状态（Ready）

**定义**：进程已分配到除CPU以外的所有必要资源，只要获得CPU就可以立即执行。

**特点**：
- 万事俱备，只欠CPU
- 处于就绪队列中等待调度
- 可以有多个进程同时处于就绪状态

#### 执行状态（Running）

**定义**：进程已获得CPU，正在执行。

**特点**：
- 单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态
- 多处理机系统中，可以有多个进程同时执行
- 进程正在使用CPU执行指令

#### 阻塞状态（Blocked，等待状态 Wait）

**定义**：进程因等待某事件（如I/O完成、资源分配）而暂停执行。

**特点**：
- 即使分配CPU也无法执行
- 处于阻塞队列中等待某事件
- 等待的事件完成后转为就绪状态

### 1.2 状态转换图

```
        调度
就绪 ----------> 执行
 ^                  |
 |                  | 时间片到/被抢占
 |                  v
 |              执行
 |                  |
 | 事件发生         | 请求I/O/等待资源
 |                  v
 +-------------- 阻塞
        等待事件
```

---

## 二、进程状态的转换

### 2.1 就绪 → 执行

**转换原因**：进程被调度程序选中，获得CPU。

**触发条件**：
- 当前运行进程时间片用完
- 当前运行进程阻塞
- 当前运行进程结束
- 新进程到达且优先级更高（抢占式）

### 2.2 执行 → 就绪

**转换原因**：
- **时间片到**：分时系统中，进程时间片用完
- **被抢占**：更高优先级的进程到达
- **主动放弃**：进程主动让出CPU

### 2.3 执行 → 阻塞

**转换原因**：进程请求某事件，无法继续执行。

**触发条件**：
- 请求I/O操作
- 请求资源失败（如申请内存失败）
- 等待某信号或消息
- 等待同步信号量

### 2.4 阻塞 → 就绪

**转换原因**：进程等待的事件已完成。

**触发条件**：
- I/O操作完成
- 资源分配成功
- 收到信号或消息
- 同步条件满足

**注意**：阻塞态不能直接转换为执行态，必须经过就绪态。

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## 三、进程的五种状态模型

### 3.1 增加两种状态

在实际操作系统中，通常会增加两种状态：

#### 新建状态（New）

**定义**：进程正在被创建，尚未进入就绪队列。

**创建过程**：
1. 申请空白PCB
2. 分配资源
3. 初始化PCB
4. 插入就绪队列

#### 终止状态（Terminated，退出状态 Exit）

**定义**：进程结束运行，正在回收资源。

**终止过程**：
1. 等待操作系统进行善后处理
2. 回收PCB
3. 释放资源

### 3.2 五状态转换图

```
新建 --> 就绪 <--> 执行 --> 终止
           ^       |
           |       v
           +-- 阻塞
```

---

## 四、进程的挂起状态

### 4.1 引入挂起状态的原因

- 系统负荷过大，需要将某些进程换出内存
- 用户需要调试程序，将进程挂起
- 父进程需要考察子进程的状态
- 操作系统需要检查资源使用情况

### 4.2 挂起状态的类型

#### 就绪挂起（Ready Suspend）

**定义**：进程在外存，但只要调入内存就可以执行。

**特点**：
- 进程映像在外存
- 只要调入内存就转为就绪态
- 优先级通常较低

#### 阻塞挂起（Blocked Suspend）

**定义**：进程在外存，等待某事件。

**特点**：
- 进程映像在外存
- 等待的事件完成后转为就绪挂起
- 需要调入内存才能执行

### 4.3 七状态模型

```
         激活
就绪挂起 ------> 就绪
   ^              |
   |              | 调度
   |              v
   |            执行
   |              |
   |              | 挂起
   |              v
   +-------- 就绪挂起
   |
   | 事件完成
   v
阻塞挂起 <------ 阻塞
         挂起
```

### 4.4 挂起与阻塞的区别

| 特性 | 挂起 | 阻塞 |
|-----|------|------|
| 原因 | 系统或用户需要 | 进程自身需要等待事件 |
| 位置 | 可以在内存或外存 | 通常在内存（除非同时挂起） |
| 转换 | 可以挂起就绪或阻塞进程 | 进程主动进入阻塞 |
| 激活 | 需要激活操作 | 事件完成后自动转为就绪 |

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## 五、进程状态的实现

### 5.1 PCB中的状态字段

每个PCB中都有一个状态字段，表示进程当前状态：

```c
enum ProcessState {
    NEW,        // 新建
    READY,      // 就绪
    RUNNING,    // 执行
    BLOCKED,    // 阻塞
    TERMINATED  // 终止
};

struct PCB {
    int pid;
    ProcessState state;
    // ...
};
```

### 5.2 进程队列的组织

操作系统通常维护多个队列：

- **就绪队列**：所有就绪进程
- **阻塞队列**：按等待事件分类的多个队列
- **挂起队列**：挂起的进程

### 5.3 状态转换的原语操作

状态转换通常由操作系统原语完成：

- **创建原语**：新建 → 就绪
- **调度原语**：就绪 → 执行
- **阻塞原语**：执行 → 阻塞
- **唤醒原语**：阻塞 → 就绪
- **挂起原语**：就绪/阻塞 → 挂起
- **激活原语**：挂起 → 就绪/阻塞
- **撤销原语**：执行 → 终止

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## 六、考研重点

1. **三种基本状态**：就绪、执行、阻塞
2. **状态转换的原因和条件**
3. **五状态模型**：增加新建和终止
4. **七状态模型**：增加挂起状态
5. **挂起与阻塞的区别**
6. **状态转换图**：能画出并解释
7. **PCB中的状态字段**
8. **进程队列的组织**

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*下一节：2.3 进程控制*