王道操作系统笔记，视频链接：2.1.3 进程的状态与切换

知识总览

进程的状态

1. 创建态：进程正在被创建时，它的状态是“创建态”，在这个阶段操作系统会为进程分配资源、初始化PCB
2. 就绪态：当进程创建完成后，便进入“就绪态”，处于就绪态的进程已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，就暂时不能运行。
   系统中可能会有很多个进程都处于就绪态，当CPU空闲时，操作系统就会选择一个就绪进程，让它上处理机运行。
3. 运行态：如果一个进程此时在CPU上运行，那么这个进程处于“运行态”。CPU会执行该进程对应的程序（执行指令序列）
   假设运行时遇到了一个请求打印机的指令，但是此时打印机正忙，资源获取不到，此时就会进入“阻塞态”
4. 阻塞态：在进程运行的过程中，肯定会请求等待某个事件的发生（如等待某种系统资源的分配，或者等待其他进程的响应）。在这个事件发生之前，进程无法继续往下执行，此时操作系统会让这个进程下CPU（也就是交出CPU使用权），并让它进入“阻塞态”。
   当CPU空闲时，又会选择另一个“就绪态”进程上CPU运行。
   PS：A因为请求B，但是B繁忙而进入阻塞态时，对应进程会被放入B资源的请求队列，B空闲后，A会回到就绪队列，此时操作系统会为A临时提高优先级，确保A能抢占到B，如果确实优先级不高被另外的进程，比如C抢占了B，导致B再次繁忙，A确实需要再次请求B，但是操作系统也会为这种长期“饥饿”的进程提高优先级，确保不存在进程长期反复请求资源，一直无法继续运行。
5. 终止态：一个进程可以执行exit系统调用，请求操作系统终止该进程。此时该进程会进入“终止态”，操作系统会让该进程下CPU，并回收内存空间等资源，最后还要回收该进程的PCB。

进程状态的转换

几个状态的转换如图所示：

• 从运行态到阻塞态是一种进程自身做出的主动行为，它用系统调用的方式申请某种系统资源，或者请求等待某个事件发生。
• 从阻塞态到就绪态不是进程自身能控制得，是一种被动行为，当申请的资源被分配，或者等待得事件发生就会转变。
• 注意，不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态，因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然需要进程在运行时才能发出这种请求。
• 三种主要状态的资源获取情况：
  • 就绪态：其他资源已经就绪，处理机未就绪，获取处理机后进入运行态
  • 运行态：处理机与其他资源都已就绪，处理机被剥夺（时间片到）进入就绪态，需要其他资源时进入阻塞态，进程结束或者遇到错误进入终止态。
  • 阻塞态：处理机和其他资源都未就绪，需要等待申请的其他资源空闲后才能进入就绪态，此状态无法直接获取处理机资源。

进程的状态

• 三种基本状态：
  • 运行态（Running）：占有CPU，并在CPU上运行
  • 就绪态（Ready）：已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，而暂时不能运行
  • 阻塞态（Waiting/Blocked，又称等待态）：因等待某一事件而暂时不能运行
• 另外两种状态：
  • 创建态（New，又称新建态）：进程正在被创建，操作系统为进程分配初始资源、初始化PCB
  • 终止态（Terminated，又称结束态）：进程正在从系统中撤销，操作系统会回收进程拥有的资源、撤销PCB
• 进程PCB中，会有一个变量state来表示进程的当前状态。如：1表示创建态、2表示就绪态、3表示运行态…为了对同一个状态下的各个进程进行统一的管理，操作系统会将各个进程的PCB组织起来。

进程的组织

进程的组织——链接方式

1. 操作系统会管理一系列的队列，每个队列都会指向相应状态的这些进程的pcb。
   比如执行指针指向当前处于运行态的进程的队列，就绪队列指针指向当前处于就绪态的进程的队列，阻塞队列指针指向当前处于阻塞态的进程的队列。（通常会把优先级高的进程放在队头）
   PS：（来自deepseek）大部分操作系统的语境下不会对运行态的进程维护一个序列，因为对于单核CPU，同一时刻只能有一个进程处于运行态，在多核CPU中，也仅有少数几个进程（等于核心数）处于运行态，因为数量极少且动态变化，所以操作系统不会为运行态维护一个队列，而是使用一组指针直接指向当前正在占用CPU的那个进程的PCB。
2. 在很多操作系统中，会根据阻塞原因不同把阻塞队列分为多个，比如：等待打印机的阻塞队列，等待磁盘的阻塞队列。

进程的组织——索引方式

操作系统给各种状态的进程建立相应的索引表，然后每一个索引表的表项又会指向相应的PCB，如图所示：

但是大多数的操作系统采用的都是链接方式，所以这部分内容了解即可。

进程的组织——小结

如图：

知识回顾与重要考点

注意：绿框部分是高频考点，重点学习。