# 2.3 进程控制

## 一、进程控制的概念

### 1.1 什么是进程控制

进程控制是操作系统对进程实施管理和控制的功能，包括进程的创建、撤销、阻塞、唤醒等操作。

### 1.2 原语操作

进程控制通常通过**原语（Primitive）**来实现。

**原语的特点**：
- 由若干条机器指令组成
- 执行期间不允许中断（原子操作）
- 在核心态下执行

**常见的进程控制原语**：
- 创建原语（Create）
- 撤销原语（Destroy）
- 阻塞原语（Block）
- 唤醒原语（Wakeup）
- 挂起原语（Suspend）
- 激活原语（Active）

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## 二、进程的创建

### 2.1 引起进程创建的事件

1. **用户登录**：系统为用户创建一个进程
2. **作业调度**：批处理系统中，作业调度程序创建进程
3. **提供服务**：用户程序请求系统服务
4. **应用请求**：应用程序创建子进程

### 2.2 进程创建的过程（创建原语）

1. **申请空白PCB**：从PCB集合中申请一个空白PCB
2. **分配资源**：为新进程分配资源（内存、文件等）
3. **初始化PCB**：
   - 初始化标识信息（PID、父进程ID等）
   - 初始化处理机状态信息（程序计数器指向程序入口）
   - 初始化控制信息（状态为就绪，优先级等）
4. **插入就绪队列**：将新进程插入就绪队列

### 2.3 父子进程

**父子进程关系**：
- 创建进程的进程称为父进程
- 被创建的进程称为子进程
- 子进程可以继承父进程的部分资源

**父子进程的特点**：
- 子进程是父进程的副本
- 子进程有自己的地址空间
- 子进程和父进程可以并发执行
- 子进程可以共享父进程的部分资源

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## 三、进程的终止

### 3.1 引起进程终止的事件

**正常结束**：
- 进程执行完毕
- 进程执行了exit系统调用

**异常结束**：
- 越界错误
- 保护错（访问不允许访问的资源）
- 非法指令
- 特权指令错
- 运行超时
- 等待超时
- 算术运算错（除数为0）
- I/O故障

**外界干预**：
- 操作员或操作系统干预
- 父进程请求终止子进程
- 父进程终止，子进程被终止（级联终止）

### 3.2 进程终止的过程（撤销原语）

1. **读取进程状态**：从PCB中读取进程状态
2. **终止执行**：若进程正在执行，终止执行并重新调度
3. **终止子孙进程**：终止该进程的所有子孙进程
4. **回收资源**：回收进程占用的所有资源
5. **移除PCB**：将PCB从队列中移除并回收

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## 四、进程的阻塞与唤醒

### 4.1 进程的阻塞

**阻塞原因**：
- 请求资源失败
- 等待I/O操作完成
- 等待某信号或消息
- 等待同步条件

**阻塞原语（Block）的执行过程**：

1. **停止执行**：立即停止当前进程的执行
2. **保存现场**：保存CPU现场信息到PCB
3. **修改状态**：将进程状态改为阻塞
4. **插入阻塞队列**：将PCB插入相应的阻塞队列
5. **调度新进程**：转调度程序重新调度

### 4.2 进程的唤醒

**唤醒原因**：
- 等待的资源被分配
- I/O操作完成
- 等待的事件发生
- 收到信号或消息

**唤醒原语（Wakeup）的执行过程**：

1. **从阻塞队列移除**：从等待队列中找到该进程的PCB
2. **修改状态**：将进程状态改为就绪
3. **插入就绪队列**：将PCB插入就绪队列
4. **等待调度**：等待调度程序调度

**注意**：阻塞原语是进程自己执行的，唤醒原语通常由其他进程或中断处理程序执行。

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## 五、进程的挂起与激活

### 5.1 进程的挂起

**挂起原因**：
- 系统负荷过大
- 用户需要调试程序
- 父进程需要考察子进程
- 操作系统需要检查资源

**挂起原语（Suspend）的执行过程**：

1. **检查进程状态**：
   - 若进程处于活动就绪，改为静止就绪
   - 若进程处于活动阻塞，改为静止阻塞
2. **换出内存**：将进程映像换出到磁盘（若需要）
3. **修改PCB**：修改PCB中的状态信息

### 5.2 进程的激活

**激活原因**：
- 系统负荷减轻
- 用户需要继续运行程序
- 资源充足

**激活原语（Active）的执行过程**：

1. **检查进程状态**：
   - 若进程处于静止就绪，改为活动就绪
   - 若进程处于静止阻塞，改为活动阻塞
2. **换入内存**：将进程映像换入内存（若需要）
3. **修改PCB**：修改PCB中的状态信息
4. **可能重新调度**：若进程变为活动就绪，可能需要重新调度

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## 六、进程切换

### 6.1 进程切换的概念

进程切换是指CPU从一个进程切换到另一个进程执行。

**进程切换的时机**：
- 进程正常结束
- 进程被阻塞
- 进程时间片用完
- 有更高优先级的进程到达
- 发生中断需要处理

### 6.2 进程切换的过程

1. **保存当前进程的现场**：
   - 保存程序计数器
   - 保存寄存器内容
   - 保存状态字
   - 更新PCB信息

2. **选择新进程**：
   - 运行调度算法
   - 从就绪队列选择新进程

3. **恢复新进程的现场**：
   - 从PCB读取现场信息
   - 恢复寄存器内容
   - 恢复程序计数器
   - 恢复状态字

4. **执行新进程**

### 6.3 进程切换的开销

**直接开销**：
- 保存和恢复寄存器
- 更新各种表格
- 切换地址空间

**间接开销**：
- 高速缓存（Cache）失效
- 快表（TLB）失效
- 流水线清空

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## 七、考研重点

1. **进程控制原语**：创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活
2. **原语的特点**：原子性、不可中断
3. **进程创建的过程**：申请PCB、分配资源、初始化、插入队列
4. **进程终止的过程**：终止执行、终止子孙、回收资源、移除PCB
5. **阻塞与唤醒的执行者**：阻塞自己执行，唤醒由其他进程或中断执行
6. **进程切换的过程和时机**
7. **进程切换的开销**

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*下一节：2.4 进程同步*