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通常我们所认为的进程有五大状态,新建态,就绪态,阻塞态,运行态,退出态。
下面是示意图:
事实上还存在被挂起的进程。
交换的需要 前面图中三个基本状态(就绪态、运行态和阻塞态)提供了一种为进程行为建立模型的系统方法,并指导操作系统的实现。
但是,可以证明往模型中增加其他状态也是合理的。下面考虑一个没有使用虚拟内存的系统,每次执行中的进程必须完全载入内存。因此,所有队列中的所有进程必须驻留在内存中。
内存保存多个进程,当一个进程正在等待是,处理器可以转移到另一个进程,但是CPU比I/O要快的多,以至于内存中所有进程都在等待I/O的情况很常见。因此,即使是多道程序设计,大多数时候处理器仍然可能处于空闲状态。
一种解决办法是扩充内存适应更多的进程。有以下缺点:1.内存的价格 2.程序对内存空间需求的增长速度比内存价格下降的速度快。因此,更大的内存往往导致更大的进程,而不是更多的进程。
另一种解决方案是交换。包括把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中。当内存中没有处于就绪状态的进程时,操作系统就把被阻塞的进程患处到磁盘中的”挂起队列“(suspend queue),即暂时保存从内存中”驱逐“出来的被挂器的进程队列。操作系统再次之后取出挂起队列中的另一个进程,或者接受一个新进程的请求,将其纳入内存运行。
“交换”(swapping)是一个I/O操作,因而可能使问题更恶化。但是由于磁盘I/O一般是系统中最快的I/O(相对于磁带或者打印机I/O),所以交换通常会提高性能。
现在有两种进程模型,一种是包含单挂起态的模型,一种是包含两个挂起态的模型。
分别如图:
包含两个挂起态的模型如图:
与之前五个转换模型相比,比较重要的新转换如下:
- 阻塞->阻塞/挂起:如果没有就绪进程,则至少一个阻塞进程被换出,为另一个没有阻塞的进程让出空间。如果操作系统确定当前正在运行的进程,或者就绪进程为了维护基本的性能要求而需要更多的内存空间,那么,即使有可用的就绪态进程也可能出现这种转换。
- 阻塞挂起->就绪挂起:如果等待的事件发生了,则处于阻塞/挂起状态的进程可转换到就绪/挂起态。注意,这要求操作系统必须能够得到挂起进程的状态信息。
- 就绪/挂起->就绪:如果内存中没有就绪态进程,操作系统需要调入一个进程继续执行。此外,当处于就绪/挂起状态的进程比处于就绪态的任何进程的优先级都要高时,也可以进行这种转换。这种情况的产生是由于操作系统设计者规定,调入高优先级的进程比减少交换量更重要。
- 就绪->就绪/挂起:通常,操作系统更倾向于挂起阻塞态进程而不是就绪态进程,因为就绪态进程可以立即执行,而阻塞态进程占用了内存空间但不能执行。但如果释放内存以得到足够空间的唯一方法是挂起一个就绪态进程,那么这种转换也是必需的。并且,如果操作系统确信高优先级的阻塞态进程很快就会就绪,那么它可能选择挂起一个低优先级的就绪态进程,而不是一个高优先级的阻塞态进程。
通俗的说,就是挂起不挂起,不光要考虑为进程让出空间,不光要考虑是否就绪,还要考虑进程的优先级。
- 新建->就绪挂起及新建->就绪:当创建一个新进程时,该进程或者加入就绪队列,或者加入就绪/挂起队列。不论哪种情况,操作系统都必须建立一些表管理进程,并为进程分配地址空间。操作系统可能更倾向于在初期执行这些辅助工作,这使得它可以维护大量的未阻塞的进程。通过这一策略,内存中经常会没有足够的足够的空间分配给新进程。因此使用了(新建->就绪/挂起)转换。另一方面,我们可以证明创建进程时适时(just-in-time)原理,即尽可能推迟创建进程以减少操作系统的开销,并在系统被阻塞态进程阻塞时允许操作系统执行进程创建任务。
- 阻塞/挂起->阻塞:这种转化在设计中比较少见,如果一个进程没有准备好执行,并且不在内存中,调入它又有什么意义?但是考虑到下面的情况:一个进程终止,释放了一些内存空间,阻塞/挂起队列中有一个进程优先级比就绪/挂起队列中任何进程的优先级都要高,并且操作系统有理由相信阻塞进程的事件很快就会发射管,这时,把阻塞进程而不是就绪进程调入内存是合理的。
- 运行->就绪/挂起:通常当分配给一个运行进程的时间期满时,它将转换到就绪态。但是,如果由于位于阻塞/挂起队列中具有较高优先级的进程变得不再被阻塞,操作系统抢占这个进程,也可以直接把这个运行进程转换到就绪/挂起队列中,并释放一些内存空间。
- 各种状态/退出:在典型情况下,一个进程在运行时终止,或者是因为它已经完成,或者是因为出现了一些错误条件。但是,在某些操作系统中,一个进程可以被创建它的进程终止,或者当父进程终止时终止。如果允许这样,则进程在任何状态时都可以转换到退出态。
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