操作系统--进程管理(二)

进程状态(State)

操作系统通过维护进程状态队列，来对进程进行管理。

状态队列：

• 由操作系统来维护一组队列，用来表示系统当中所有进程的当前状态；
• 不同的状态分别用不同的队列来表示(就绪队列，各种类型的阻塞队列)；
• 每个进程的PCB都根据它的状态加入到相应的队列当中，当一个进程的状态发生改变时，它的PCB从一个队列中
  脱离出来，加入到另一个队列。

进程的生命周期管理

* 进程创建
  引起进程创建的三个主要事件：
  * 系统初始化时;(创建init进程，负责创建其他新的进程)
  * 用户请求创建一个新进程；
  * 正在运行的进程执行了创建进程的系统调用；

* 进程运行
  内核选择一个就绪进程，让它占有处理机并执行（涉及相关调度算法，来满足如何选择进程何时来执行）

* 进程等待
  在以下情况下，进程等待(阻塞)：
    1. 请求并等待系统服务，无法马上完成(例如：执行I/O，请求硬盘时)
    2. 启动某种操作，无法马上完成(需要等待其他进程完成某个操作才可以执行)
    3. 需要的数据没有到达
  进程一旦由运行态转换成等待状态就不占有CPU了，那么其他就绪进程就可以占有CPU执行。进程等待(阻塞)只能由进程自己触发，
  因为只有进程自己知道才能知道何时需要等待某种事件的发生。

* 进程唤起（由阻塞态转换为就绪态）
  唤醒进程的原因：
    1. 被阻塞进程的需要的资源得到满足
    2. 被阻塞进程等待的事件可达
    3. 将该进程的PCB插入到就绪队列
  进程只能被别的进程或者操作系统唤醒

* 进程结束

进程的状态变化模型

进程的三种基本状态：
进程在生命结束前处于且仅处于三种基本状态之一，不同系统设置的进程状态数目不同。

• 运行状态(Running)：当一个进程正在处理机上运行时。
• 就绪状态(Ready): 一个进程获得了除处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
• 等待状态(又称阻塞状态Blocked)：一个进程正在等待某一事件而暂停运行时。如等待某资源，等待输入/输出完成。

进程的挂起模型

进程在挂起状态时，意味着进程没有占有内存空间，处在挂起状态的进程映像在磁盘上。
挂起状态：

• 阻塞挂起状态(Blocked-suspend)：进程在外存并等待某事件的出现
• 就绪挂起状态(Ready-suspend)：进程在外存，但只要进入内存即可运行

进程调度算法

1. FCFS: first come fist server (先来先服务)

   优点：简单
   缺点：
   * 平均等待时间波动较大
   * 花费时间少的任务可能排在花费时间长的任务后面
   * 可能导致I/O和CPU之间的重叠处理

2. SPN/SRT : 短任务优先

   按照预测的完成时间来将任务入队。
   可以是可抢占的或者不可抢占的，可抢占：又叫shortest-Remaining-Time(SRT) (最短剩余时间)
   
   优点：不公平，最优平均等待时间
   缺点：
   * 优先考虑短时间进程，可能导致饥饿
   * 需要预知未来，如何预估进程执行时间长短(根据过去预估未来)

3. HRRRN : 最高响应比优先 (在SPN基础上改进)

   R = (W + S)/S  
   W ：waiting time 等待时间
   S ：service time 执行时间
   选择R值最高的进程，充分考虑了进程等待的时间，缓解饥饿现象，不可抢占

4. Round Robin 轮循调度算法

   在叫作时间切片的离散单元中分配处理器，时间片结束时，切换到下一个准备好的进程
   
   经验规则：维持上下文切换开销处于1%以内，99%的时间用在实际进程执行中
   
   优点：公平
   缺点：平均等待时间较差

5. MLFQ 多级反馈队列

   动态的根据进程执行的过程，操作系统可以根据进程具有cpu密集型和I/O密集型的特征来动态的调整进程优先级

6. Fair-share scheduling 公平共享调度

   使得用户的请求在不同的级别享受公平调度，是在进程级别还是用户级别或者用户组级别公平的共享进程的调度