操作系统进程管理基础知识详解

操作系统进程管理基础知识详解

操作系统进程管理是操作系统的核心功能之一，负责管理和控制进程的创建、执行、阻塞和撤销等生命周期活动。本文将通过问答形式，系统地介绍进程管理的相关概念和机制。

1. 什么是前趋图？为什么要引入前趋图？

答： 前趋图（Precedence Graph）是一个有向无循环图，记为DAG（Directed Acyclic Graph），用于描述进程之间执行的前后关系。

2. 画出下面四条语句的前趋图：

S1：a=x+y; S2：b=z+1; S3：c=a – b；S4：w=c+1;

3. 什么程序并发执行会产生间断性特征？

答： 程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。

4. 程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？

答： 程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。

5. 在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响？

答： 为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。

影响：使程序的并发执行得以实行。

6. 试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序？

答：

• 动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。
• 并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。
• 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

7. 试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是进程存在的惟一标志？

答： PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。

11. 试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。

答：

• 就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源
• 执行状态→就绪状态：时间片用完
• 执行状态→阻塞状态：I/O请求
• 阻塞状态→就绪状态：I/O完成

12. 为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？

答： 引入挂起状态处于五种不同的需要：终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。

13. 在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？

答：

• 进程当前暂存信息
• 下一指令地址信息
• 进程状态信息
• 过程和系统调用参数及调用地址信息。

14. 试说明引起进程创建的主要事件。

答： 引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。

15. 试说明引起进程被撤销的主要事件。

答： 引起进程被撤销的主要事件有：正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O 故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）。

16. 在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？

答：

• OS 发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()；
• 申请空白PCB；
• 为新进程分配资源；
• 初始化进程控制块；
• 将新进程插入就绪队列.

17. 在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？

答：

• 根据被终止进程标识符，从PCB 集中检索出进程PCB，读出该进程状态。
• 若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。
• 若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。
• 将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。
• 将被终止进程PCB 从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

18. 试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？

答： a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做.

19. 为什么要在OS 中引入线程？

答： 在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。

20. 试说明线程具有哪些属性？

答：

• 轻型实体
• 独立调度和分派的基本单位
• 可并发执行
• 共享进程资源。

21. 试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

答：

• 调度性。线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。
• 并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。
• 拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。
• 系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

23. 何谓用户级线程和内核支持线程？

答：

• 用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。
• 内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。

24. 试说明用户级线程的实现方法。

答： 用户级线程是在用户空间中的实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中间系统上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。内核控制线程或轻型进程LWP可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。

25. 试说明内核支持线程的实现方法。

答： 系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。当PTDA中的TCB 用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可在为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。