目錄
1.實驗目的數據結構
2.實驗內容 併發
3.實驗準備 函數
3.1.2進程的狀態spa
3.1.3進程狀態之間的轉換操作系統
3.2 進程控制塊PCB.net
3.2.2進程控制塊的內容code
（本文知識點較多，如時間較多能夠詳細看看第3章的知識點；如時間很少可直接點上方目錄，直接看第4部分代碼實現來理解）
操做系統實驗一：進程管理
1.實驗目的
1.理解進程的概念，明確進程和程序的區別
2.理解併發執行的實質
3.掌握進程的建立、睡眠、撤銷等進程控制方法
2.實驗內容
用C語言編寫程序，模擬實現建立新的進程；查看運行進程；換出某個進程；殺死運行進程等功能。
3.實驗準備
如下將分別介紹
①進程的概念，以及進程的各種狀態（就緒狀態、執行狀態、阻塞狀態）；
②進程控制塊PCB 的做用及內容信息
③進程的建立與撤銷 (🔺重點)
④進程的阻塞與喚醒(🔺重點)
3.1.1進程的含義
進程是程序在一個數據集上的運行過程，是系統資源分配和調度的一個獨立單位。一個程序在不一樣數據集上運行，乃至一個程序在一樣數據集上的屢次運行都是不一樣的進程。
3.1.2進程的狀態
一般狀況下，一個進程必須具備就緒、執行和阻塞三種基本狀態。
（1）就緒狀態
當進程已分配到除處理器（CPU）之外的全部必要資源後，只要再得到處理器就能夠當即執行，此時進程的狀態稱爲就緒狀態。
在一個系統裏，能夠有多個進程同時處於就緒狀態，一般把這些就緒進程排成一個或多個隊列，稱爲就緒隊列。
（2）執行狀態
處於就緒狀態的進程一旦得到了處理器（分配有處理器資源），就能夠運行，進程狀態也就處於執行狀態。在單處理器系統中，只能有一個進程處於執行狀態，在多處理器系統中，則可能有多個進程處於執行狀態。
（3）阻塞狀態
正在執行的進程由於發生某些事件(如請求輸入輸出、申請額外空間等)而暫停運行，這種受阻暫停的狀態稱爲阻塞狀態，也能夠稱爲等待狀態。一般將處於阻塞狀態的進程排成一個隊列，稱爲阻塞隊列。在有些系統中，也會按阻塞緣由的不一樣將處於阻塞狀態的進程排成多個隊列。
拓展
除了進程的3種基本狀態外，在不少系統爲了更好地描述進程的狀態變化，又增長了兩種狀態。
I新狀態
當一個新進程剛剛創建，還未將其放入就緒隊列的狀態，稱爲新狀態。（例如一個，人剛開始接受教育，此時就能夠稱其處於新狀態）
II終止狀態
當一個進程已經正常結束或異常結束，操做系統已將其從系統隊列中移出,但還沒有撒消，這時稱爲終止狀態。
3.1.3進程狀態之間的轉換
3.2 進程控制塊PCB
3.2.1進程控制塊的做用
進程控制塊是構成進程實體的重要組成部分，是操做系統中最重要的記錄型數據,在進程控制塊PCB中記錄了操做系統所須要的、用於描述進程狀況及控制進程運行所須要的所有信息。經過PCB，可以使得原來不能獨立運行的程序(數據)，成爲一個能夠獨立運行的基本單位，一個可以併發執行的進程。換句話說，在進程的整個生命週期中，操做系統都要經過進程的PCB來對併發執行的進程進行管理和控制，進程控制塊是系統對進程控制採用的數據結構，系統是根據進程的PCB而感知進程是否存在。因此，進程控制塊是進程存在的惟一標誌。當系統建立一個新進程時，就要爲它創建一個PCB;進程結束時，系統又回收其PCB,進程也隨之消亡。
3.2.2進程控制塊的內容
進程控制塊主要包括如下四個方面的內容：
（1）進程標識信息
----進程標識符用於標識一個進程，一般又分外部標識符和內部標識符兩種。
（2）說明信息
----說明信息是有關進程狀態等一些與進程調度有關的信息，它包括:①進程狀態 ②進程優先權 ③與進程調度所需的其餘信息 ④阻塞事件
（3）現場信息（處理器狀態信息）
----現場信息是用於保留進程存放在處理器中的各類信息。主要由處理器內的各個寄存器的內容組成。尤爲是當執行中的進程暫停時，這些寄存器內的信息將被保存在PCB裏，當該進程得到從新執行時，能從上次中止的地方繼續執行。
（4）管理信息（進程控制信息）
進程控制信息主要分四方面：
| 程序和數據的地址 | 它是指該進程的程序和數據所在的主存和外存地址再次執行時，可以找到程序和數據 |
|---|---|
| 進程同步和通訊機制 | 它是指實現進程同步和進程通訊時所採用的機制、指針、信號量等 |
| 資源清單 | 該清單中存放有除了CPU之外，進程所需的所有資源和已經分配到的資源 |
| 連接指針 | 它將指向該進程所在隊列的下一個進程的PCB的首地址 |
3.2.3進程控制塊（PCB）的組織形式
在一個系統中，一般擁有數十個、數百個乃至數千個PCB，爲了能對它們進行有效的管理,就必須經過適當的方式將它們組織起來，日前經常使用的組織方式有連接方式和索引方式兩種。.
（1)連接方式
把具備相同狀態的PCB，用連接指針連接成隊列，如就緒隊列、阻塞隊列和空閒隊列等。就緒隊列中的PCB將按照相應的進程調度算法進行排序。而阻塞隊列也能夠根據阻塞緣由的不一樣，將處於阻塞狀態的進程的PCB,排成等待I/O隊列、等待主存隊列等多個隊列。此外，系統主存的PCB區中空閒的空間將排成空閒隊列，以方便進行PCB的分配與回收。
（2)索引方式
系統根據各個進程的狀態，創建不一樣索引表，例如就緒索引表、阻塞索引表等。並把各個索引表在主存的首地址記錄在主存中的專用單元裏,也能夠稱爲表指針。在每一個索引表的表目中，記錄着具備相同狀態的各個PCB在表中的地址。
3.2.4進程控制原語
原語是指具備特定功能的不可被中斷的過程。它主要用於實現操做系統的一 些專門控制操做。用於進程控制的原語有:
| 原語 | 做用 |
|---|---|
| 建立原語 | 用於爲一個進程分配工做區和創建PCB，該進程爲就緒狀態 |
| 撤銷原語 | 用於一個進程工做完後，收回它的工做區和PCB |
| 阻塞原語 | 用於進程在運行過程當中發生等待事件時，把進程的狀態改成等待態 |
| 喚醒原語 | 用於當進程等待的事件結束時，把進程的狀態改成就緒態 |
3.3進程的建立與撤銷 *重點
3.3.1進程的建立
一旦操做系統發現了要求建立進程的事件後,便調用進程建立原按下列步驟建立一個新進程。
①爲新進程分配唯一的進程標識符， 並從PCB隊列中申請一個空閒PCB。
②爲新進程的程序和數據，以及用戶棧分配相應的主存空間及其餘必要分配資源。
③初始化PCB中的相應信息，如標識信息、處理器信息、進程控制信息等。
④若是就緒隊列能夠接納新進程，便將新進程加入到就緒隊列中。
3.3.2進程的撤銷
一旦操做系統發現了要求終止進程的事件後,便調用進程終止原語按下列步驟終止指定的進程。
①根據被終止進程的標識符，從PCB集合中檢索該進程的PCB,讀出進程狀態。
②若該進程處於執行狀態，則當即終止該進程的執行。
③若該進程有子孫進程，還要將其子孫進程終止。
④將該進程所佔用的資源回收，歸還給其父進程或操做系統。
⑤將被終止進程的PCB從所在隊列中移出，並撤銷該進程的PCB。
3.4進程的阻塞與喚醒
3.4.1進程的阻塞
一旦操做系統發現了要求阻塞進程的事件後，便調用進程阻塞原語，按下列步驟阻塞指定的進程。
①當即中止執行該進程。
②修改進程控制塊中的相關信息。把進程控制塊中的運行狀態由「執行」狀態改成「阻塞」狀態，並填入等待的緣由，以及進程的各類狀態信息。
③把進程控制塊插入到阻塞隊列。根據阻塞隊列的組織方式插入阻塞隊列中。
④待調度程序從新調度，運行就緒隊列中的其餘進程。
3.4.2進程的喚醒
一旦操做系統發現了要求喚醒進程的事件後，便調用進程喚醒原語,按下列步驟喚醒指定的進程。
①從阻塞隊列中找到該進程。
②修改該進程控制塊的相關內容。把阻塞狀態改成就緒狀態，刪除等待緣由等。
③把進程控制塊插入到就緒隊列中。
④按照就緒隊列的組織方式，把被喚醒的進程的進程控制塊插入到就緒隊列中。
4.代碼實現
可成功運行代碼以下👇
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct jincheng_type{ //進程狀態定義
int pid; //進程
int youxian; //進程優先級
int daxiao; //進程大小
int zhuangtai; //標誌進程狀態，0爲不在內存，1爲在內存，3爲掛起
char info[10]; //進程內容
};
struct jincheng_type neicun[20];
int shumu=0,guaqi=0,pid,flag=0;
//建立進程
void create(){
if(shumu>=20) printf("\n內存已滿，請先換出或結束進程\n"); //內存容量大小設置爲20
else{
int i;
printf("**當前默認一次性建立5個進程，內存容量20**");
for(i=0;i<5;i++) { //默認一次建立5個進程
//定位，找到能夠還未建立的進程
if(neicun[i].zhuangtai==1) break; //若是找到的進程在內存則結束 ，初始設置都不在內存中（main函數中設置狀態爲0）
printf("\n請輸入新進程pid\n");
scanf("%d",&(neicun[i].pid));
for(int j=0;j<i;j++)
if(neicun[i].pid==neicun[j].pid){
printf("\n該進程已存在\n");
return;
}
printf("請輸入新進程優先級\n");
scanf("%d",&(neicun[i].youxian));
printf("請輸入新進程大小\n");
scanf("%d",&(neicun[i].daxiao));
printf("請輸入新進程內容\n");
scanf("%s",&(neicun[i].info));
//建立進程，使標記位爲1
neicun[i].zhuangtai=1;
printf("進程已成功建立！");
shumu++;
}
}
}
//進程運行狀態檢測
void run(){
printf("運行進程信息以下：");
for(int i=0;i<20;i++){
if(neicun[i].zhuangtai==1){
//若是進程正在運行，則輸出此運行進程的各個屬性值
printf("\n pid=%d ",neicun[i].pid);
printf(" youxian=%d ",neicun[i].youxian);
printf(" daxiao=%d ",neicun[i].daxiao);
printf(" zhuanbgtai=%d ",neicun[i].zhuangtai);
printf(" info=%s ",neicun[i].info);
flag=1;
}
}
if(!flag)
printf("\n當前沒有運行進程！\n");
}
//進程換出
void huanchu(){
if(!shumu){
printf("當前沒有運行進程！\n");
return;
}
printf("\n請輸入換出進程的ID值");
scanf("%d",&pid);
for(int i=0;i<20;i++){
//定位，找到要換出的進程，根據其狀態進行相應處理
if(pid==neicun[i].pid) {
if(neicun[i].zhuangtai==1){
neicun[i].zhuangtai==2;
guaqi++;
printf("\n已經成功換出進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf("\n要換出的進程不存在\n");
else printf("\n要換出的進程已被掛起\n");
flag=1;
break;
}
}
//找不到，則說明進程不存在
if(flag==0) printf("\n要換出的進程不存在\n");
}
//結束（殺死）進程
void kill(){
if(!shumu){
printf("當前沒有運行進程！\n");
return;
}
printf("\n輸入殺死進程的ID值");
scanf("%d",&pid);
for(int i=0;i<20;i++){
//定位，找到所要殺死的進程，根據其狀態作出相應處理
if(pid==neicun[i].pid){
neicun[i].zhuangtai = 0;
shumu--;
printf("\n已經成功殺死進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf ("\n要殺死的進程不存在\n");
else printf("\n要殺死的進程已被掛起\n");
flag=1;
break;
}
//找不到，則說明進程不存在
if(!flag) printf("\n 要殺死的進程不存在\n");
}
//喚醒進程
void huanxing(){
if (!shumu) {
printf("當前沒有運行進程\n");
return;
}
if(!guaqi){
printf("\n當前沒有掛起進程\n");
return;
}
printf("\n輸入進程pid:\n");
scanf ("%d",&pid);
for (int i=0; i<20;i++) {
//定位，找到所要殺死的進程，根據其狀態作相應處理
if (pid==neicun[i].pid) {
flag=false;
if(neicun[i].zhuangtai==2){
neicun[i].zhuangtai=1;
guaqi--;
printf ("\n已經成功喚醒進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf("\n要喚醒的進程不存在\n");
else printf("\n要喚醒的進程已被掛起\n");
break;
}
}
//找不到，則說明進程不存在
if(flag) printf("\n要喚醒的進程不存在\n");
}
//主函數
int main()
{
int n = 1;
int num;
//一開始全部進程都不在內存中
for(int i=0;i<20;i++)
neicun[i].zhuangtai = 0;
while(n){
printf("\n******************************************");
printf("\n* 進程演示系統 *");
printf("\n******************************************");
printf("\n*1.建立新的進程 2.查看運行進程 *");
printf("\n*3.換出某個進程 4.殺死運行進程 *");
printf("\n*5.喚醒某個進程 6.退出系統 *");
printf("\n******************************************");
printf("\n請選擇（1~6）\n");
scanf("%d",&num);
switch(num){
case 1: create();break;
case 2: run();break;
case 3: huanchu(); break;
case 4: kill();break;
case 5: huanxing(); break;
case 6: printf("已退出系統");exit(0);
default: printf("請檢查輸入數值是否在系統功能中1~6");n=0;
}
flag = 0;//恢復標記
}
return 0;
}
4.1代碼分解介紹
源程序中一共構造了5個函數方法來實現進程的建立、（運行進程的）顯示、換出、結束（殺死）與喚醒。
4.1.1進程的建立
//建立進程
void create(){
if(shumu>=20) printf("\n內存已滿，請先換出或結束進程\n"); //內存容量大小設置爲20
else{
int i;
printf("**當前默認一次性建立5個進程，內存容量20**");
for(i=0;i<5;i++) { //默認一次建立5個進程
//定位，找到能夠還未建立的進程
if(neicun[i].zhuangtai==1) break; //若是找到的進程在內存則結束 ，初始設置都不在內存中（main函數中設置狀態爲0）
printf("\n請輸入新進程pid\n");
scanf("%d",&(neicun[i].pid));
for(int j=0;j<i;j++)
if(neicun[i].pid==neicun[j].pid){
printf("\n該進程已存在\n");
return;
}
printf("請輸入新進程優先級\n");
scanf("%d",&(neicun[i].youxian));
printf("請輸入新進程大小\n");
scanf("%d",&(neicun[i].daxiao));
printf("請輸入新進程內容\n");
scanf("%s",&(neicun[i].info));
//建立進程，使標記位爲1
neicun[i].zhuangtai=1;
printf("進程已成功建立！");
shumu++;
}
}
}
（默認設置內存容量大小爲20，一次性建立5個進程；進程建立時首先檢測進程狀態，若爲1則代表該進程此前已在內存中了，不可再建立）
4.1.2進程的顯示（運行狀態檢測）
//進程運行狀態檢測
void run(){
printf("運行進程信息以下：");
for(int i=0;i<20;i++){
if(neicun[i].zhuangtai==1){
//若是進程正在運行，則輸出此運行進程的各個屬性值
printf("\n pid=%d ",neicun[i].pid);
printf(" youxian=%d ",neicun[i].youxian);
printf(" daxiao=%d ",neicun[i].daxiao);
printf(" zhuanbgtai=%d ",neicun[i].zhuangtai);
printf(" info=%s ",neicun[i].info);
flag=1;
}
}
if(!flag)
printf("\n當前沒有運行進程！\n");
}
4.1.3進程的換出
//進程換出
void huanchu(){
if(!shumu){
printf("當前沒有運行進程！\n");
return;
}
printf("\n請輸入換出進程的ID值");
scanf("%d",&pid);
for(int i=0;i<20;i++){
//定位，找到要換出的進程，根據其狀態進行相應處理
if(pid==neicun[i].pid) {
if(neicun[i].zhuangtai==1){
neicun[i].zhuangtai==2;
guaqi++;
printf("\n已經成功換出進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf("\n要換出的進程不存在\n");
else printf("\n要換出的進程已被掛起\n");
flag=1;
break;
}
}
//找不到，則說明進程不存在
if(flag==0) printf("\n要換出的進程不存在\n");
}
4.1.4進程的結束（殺死）
//結束（殺死）進程
void kill(){
if(!shumu){
printf("當前沒有運行進程！\n");
return;
}
printf("\n輸入殺死進程的ID值");
scanf("%d",&pid);
for(int i=0;i<20;i++){
//定位，找到所要殺死的進程，根據其狀態作出相應處理
if(pid==neicun[i].pid){
neicun[i].zhuangtai = 0;
shumu--;
printf("\n已經成功殺死進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf ("\n要殺死的進程不存在\n");
else printf("\n要殺死的進程已被掛起\n");
flag=1;
break;
}
//找不到，則說明進程不存在
if(!flag) printf("\n 要殺死的進程不存在\n");
}
4.1.5進程的喚醒
//喚醒進程
void huanxing(){
if (!shumu) {
printf("當前沒有運行進程\n");
return;
}
if(!guaqi){
printf("\n當前沒有掛起進程\n");
return;
}
printf("\n輸入進程pid:\n");
scanf ("%d",&pid);
for (int i=0; i<20;i++) {
//定位，找到所要殺死的進程，根據其狀態作相應處理
if (pid==neicun[i].pid) {
flag=false;
if(neicun[i].zhuangtai==2){
neicun[i].zhuangtai=1;
guaqi--;
printf ("\n已經成功喚醒進程\n");
}
else if(neicun[i].zhuangtai==0) printf("\n要喚醒的進程不存在\n");
else printf("\n要喚醒的進程已被掛起\n");
break;
}
}
//找不到，則說明進程不存在
if(flag) printf("\n要喚醒的進程不存在\n");
}
4.1.6 mian（）函數
//主函數
int main()
{
int n = 1;
int num;
//一開始全部進程都不在內存中
for(int i=0;i<20;i++)
neicun[i].zhuangtai = 0;
while(n){
printf("\n******************************************");
printf("\n* 進程演示系統 *");
printf("\n******************************************");
printf("\n*1.建立新的進程 2.查看運行進程 *");
printf("\n*3.換出某個進程 4.殺死運行進程 *");
printf("\n*5.喚醒某個進程 6.退出系統 *");
printf("\n******************************************");
printf("\n請選擇（1~6）\n");
scanf("%d",&num);
switch(num){
case 1: create();break;
case 2: run();break;
case 3: huanchu(); break;
case 4: kill();break;
case 5: huanxing(); break;
case 6: printf("已退出系統");exit(0);
default: printf("請檢查輸入數值是否在系統功能中1~6");n=0;
}
flag = 0;//恢復標記
}
return 0;
}
5.運行結果截圖
（圖1--初始運行狀態界面）
（圖2--選擇功能1 建立新進程）
源程序一次性建立5個進程，內存容量爲20。
（圖3--依次輸入建立進程的pid、優先級、大小、內容）
（圖4--選擇功能2 顯示當前運行的進程）
（圖5--換出進程 輸入要換出的進程pid，換出後提示進程已換出）
（圖6--殺死進程 輸入要結束的進程pid，以後執行操做殺死此進程，再次查看運行進程時能夠看到進程1已不在運行進程列）
（圖7--喚醒進程 輸入要喚醒的進程pid，以後該進程將被掛起）
（圖8--退出系統 輸入6，選擇退出系統功，系統結束運行）
本文爲課程實驗記錄，參考學校實驗教材書籍，重在學習交流。
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