第一次做業：基於Linux操做系統的進程模型分析

1.什麼是進程

·進程（Process）是計算機中的程序關於某數據集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位，是操做系統結構的基礎。它不僅是程序的代碼，還包括當前的活動，經過程序計數器的值和處理寄存器的內容來示。

·進程的概念主要有兩點：第一，進程是一個實體。每個進程都有它本身的地址空間，通常狀況下，包擴文本區域（text region）、數據區域（data region）和堆棧（stack region）。文本區域存儲處理器執行的代碼；數據區域存儲變量和進程執行期間使用的動態分配的內存；堆棧區域存儲着活動過程調用的指令和本地變量。第二，進程是一個「執行中的程序」。程序是一個沒有生命的實體，只有處理器賦予程序生命時（操做系統執行之），它才能成爲一個活動的實體，咱們稱其爲進程。

進程的特徵：

·動態性：進程的實質是程序在多道程序系統中的一次執行過程，進程是動態產生，動態消亡的。

·併發性：任何進程均可以同其餘進程一塊兒併發執行

·獨立性：進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統分配資源和調度的獨立單位；

·異步性：因爲進程間的相互制約，使進程具備執行的間斷性，即進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推動

2.進程的建立與終止

如下幾類操做能夠建立和終止線程。

A 建立進程

(1) 系統初始化會建立新的進程

(2) 當一個正在運行的進程中，若執行了建立進程的系統調用，那麼也會建立新的進程

(3) 用戶發出請求，建立一個進程

(4) 初始化一個批處理做業時，也會建立新的線程

 

從本質上來講在技術上只有一種建立新進程的方法，即在一個已經存在的進程中，經過系統調用來建立一個新的進程。

Linux中可使用fork函數來建立新進程。以下列代碼所示：

 

#include<stdio.h>  
#include<sys/types.h>  
#include<unistd.h>  
int main(){  
       pid_t ret = fork();  
     printf("hello proc:%d,ret = %d\n",getpid(),ret);  
       return 0;  
  }

 

B 進程終止

（1） 正常退出

（2）錯誤退出

（3） 致命錯誤

（4） 被其餘進程殺死

3.進程的狀態的轉換

 

運行中的進程可能具備如下三種基本狀態。

 

（1）就緒狀態（Ready）： 進程已得到除處理器外的所需資源，等待分配處理器資源；只要分配了處理器進程就可執行。就緒進程能夠按多個優先級來劃分隊列。例如，當一個進程因爲時間片用完而進入就緒狀態時，排入低優先級隊列；當進程由I/O操做完成而進入就緒狀態時，排入高優先級隊列。

 

（2）運行狀態(Running)： 進程佔用處理器資源；處於此狀態的進程的數目小於等於處理器的數目。在沒有其餘進程能夠執行時(如全部進程都在阻塞狀態)，一般會自動執行系統的空閒進程。

 

（3）阻塞狀態(Blocked)： 因爲進程等待某種條件（如I/O操做或進程同步），在條件知足以前沒法繼續執行。該事件發生前即便把處理器資源分配給該進程，也沒法運行。

 

4.進程的調度算法

時間片輪轉調度算法:

每一個進程被分配一個時間段，稱做它的時間片，即該進程容許運行的時間。若是在時間片結束時進程還在運行，則CPU將被剝奪並分配給另外一個進程。若是進程在時間片結束前阻塞或結束，則CPU立即進行切換。調度程序所要作的就是維護一張就緒進程列表，當進程用完它的時間片後，它被移到隊列的末尾。

·該算法採起了很是公平的方式，即讓就緒隊列上的每一個進程每次僅運行一個時間片。若是就緒隊列上有N個進程，則每一個進程每次大約均可得到1/N的處理機時間。

·時間片的大小對於系統性能有很大的影響。若選擇很小的時間片，將有利於短做業，但意味着會頻繁地執行進程調度和進程上下文的切換，這無疑會增長系統的開銷。反之，若時間片選擇得太長，且爲使每一個進程都能在一個時間片內完成，時間輪轉調度算法便退化爲先來先服務算法，沒法知足短做業和交互式用戶的需求。

算法運行流程圖：

程序控制塊的定義：

typedef struct node    
    {    
      char name[20];    /*進程的名字*/    
      int round;     /*分配CPU的時間片*/    
      int cputime;    /*CPU執行時間*/    
      int needtime;    /*進程執行所須要的時間*/    
      char state;     /*進程的狀態，W--就緒態，R--執行態，F--完成態*/    
      int count;     /*記錄執行的次數*/    
      struct node *next;   /*鏈表指針*/    
    }PCB; 

 

 

void RoundRun()    /*時間片輪轉調度算法*/    
    {    

      int flag = 1;    

      GetFirst();    
      while(run != NULL)    
      {     
        while(flag)    
        {    
          run->count++;    
          run->cputime++;    
          run->needtime--;    
          if(run->needtime == 0)    
          {    
            run ->state = 'F';    
            InsertFinish(run);    
            flag = 0;    
          }    
          else if(run->count == run->round)    
          {    
            run->state = 'W';    
            run->count = 0;       
            InsertTime(run);    
            flag = 0;    
          }    
        }    
        flag = 1;    
        GetFirst();    
      }    
    }

 

 

 

對於源碼的分析：

首先設置一個標誌位爲1，從就緒隊列獲取第一個節點，當獲取的節點不爲空和標誌位爲1時，這個進程所執行的次數加一，CPU執行的時間也進行自加，進程所需的時間自減，而後進行判斷，當進程所需的時間爲0也就是進程執行完畢時，把進程的狀態設置爲完成態，而後將進程插入到完成隊列尾部，不然當時間片用完時，進程的狀態設置爲就緒態，計數器清零，將進程插入到就緒隊列尾部，將標誌位置爲0，從新開始從就緒隊列獲取第一個節點。直到全部進程執行結束。

5.本身對操做系統模型的見解

操做系統是用戶和計算機的接口，同時也是計算機硬件和其餘軟件的接口。是直接運行在機器上的最基本的系統軟件，其餘任何軟件都必須在操做系統的支持下才能運行。因此操做系統對於計算機和學習計算機的咱們是很是重要的。其中，進程又是操做系統最基本和核心的東西，咱們須要瞭解與掌握進程，這對於咱們之後更深刻的學習操做體統也有很重要的意義。