作業系統（Linux與Windows）的程序管理

程序

描述和管理程式的“運作過程”-------程序

程序概念

定義：程序是程式在某個資料集合上的一次運作活動

程序的特征

• 動态性

程序是程式的一次執行過程，動态産生消亡

• 并發性

程序可以同其他程式一起向前推進

• 異步性

程序按各自的速度向前推進

• 獨立性

程序是系統配置設定資源和排程CPU的機關

程序的狀态

• 運作狀态

  程序已經占有CPU，在CPU上運作

• 就緒狀态

  具備運作條件但由于無CPU，暫時不能運作

• 阻塞狀态

  應為等待某項服務完成或信号來到而不能運作的狀态

  例如等待：系統調用，I/O操作，合作程序的服務或信号

程序狀态的變遷

程序的挂起和解挂操作

挂起：使用者或OS将程序有意暫停

解挂：将挂起的程序繼續

阻塞：禁止阻塞（阻塞時挂起）和活動阻塞（正常阻塞）

就緒：禁止就緒（就緒時挂起）和活動就緒（正常就緒）

Linux程序狀态

• 可運作态：TASK_RUNNING

  1.就緒：在就緒隊列中等待排程

  2.運作：正在運作

• 阻塞（等待）态：

  1.淺度阻塞：TASK_INTERRUPTIBLE

  可被其他程序的信号或時鐘中斷喚醒

  2.深度阻塞：TASK_UNINTERRUPTIBLE

  不可被其他程序通過信号或時鐘中斷喚醒

• 僵死态：TASK_ZOMBIE

  程序終止執行，釋放大部分記憶體

• 挂起态：TASK_STOPPED

  程序被挂起

程序的描述

程序控制塊（PCB）

1.描述程序狀态、資源、和相關程序關系的一中資料結構

2.PCB是程序的标志

3.建立程序時建立PCB；程序撤銷後PCB同時撤銷

程序=程式+PCB

Linux的程序控制塊PCB：task_struct

Linux 程序的辨別：

PID

PPID：父程序ID

PGID：程序組ID

Linux程序的使用者辨別：

UID：使用者ID

GID：使用者組ID

STAT：程序狀态

符号	含義
R	運作或準備運作
S	睡眠狀态
I	空閑
Z	僵屍
D	不間斷睡眠
W	程序沒有駐留頁
T	停止或跟蹤

程序控制

四個典型控制為:

• 建立程序
• 撤銷程序
• 阻塞程序
• 喚醒程序

建立程序的過程

建立一個空白PCB

賦予程序辨別符ID

為程序配置設定空間

初始化PCB（預設值）

插入相應的程序隊列(新程序插入就緒隊列)

程序撤銷過程

在PCB隊列中檢索出PCB

擷取該程序狀态

• 若在運作态，立即終止該程序

• 遞歸檢查是否有子程序，先撤銷子程序

  釋放程序占有的資源

  将程序從PCB隊列中移除

程序阻塞時機和過程

時機;

• 請求系統服務
• 啟動某種操作
• 新資料尚未到達
• 無新工作可做

停止運作

将PCB“運作态”改為“阻塞态”

插入相應原因的阻塞隊列

轉排程程式

程序喚醒

系統服務由不滿足到滿足

I/O完成

新資料到達

程序提出新請求

程序控制原語：

• 建立原語
• 撤銷原語
• 阻塞原語
• 喚醒原語

Linux程序控制

建立程序fork

fork執行流程：

1. 配置設定task_struct結構
2. 為新程序堆棧配置設定實體頁
3. 拷貝父程序内容

• 正文段、使用者資料段及系統資料段task_struct的大部分内容，并對子程式中有别于父程序的項進行初始化

1. 把新程序的task_struct結構位址儲存在task指針數組中
2. 子程序由fork建立後，通常屬于就緒狀态

init程序：

在linux系統初啟時，生成init程序（1号程序）

其他程序有目前程序通過系統調用fork建立

子程序執行自己的功能

exce函數族

功能：

• 裝入一個指定的可執行程式運作
• 使子程序具有和父程序完全不同的新功能

步驟：

• 根據檔案名找到相應的可執行檔案
• 可執行檔案的内容填入子程式的位址空間
• exce調用成功就會進入新程序且不再傳回
• 調用失敗傳回-1,繼續在克隆來的位址空間中從調用點向下執行

程序阻塞 wait

程序立即阻塞自己，如果它找到一個已經成為僵屍的子程序，wait就會收集這個子程序的資訊，并把它徹底銷毀後傳回

程序終結exit

程序釋放自己占用的資源并彙報給父程序

調用exit後變為僵屍态，幾乎所有的記憶體空間，儲存PCB資訊供wait收集

程序的休眠sleep

Windows程序

程序是被加載到記憶體的，正在運作的應用程式執行個體

程序由核心對象和位址空間所組成

• 核心對象PCB

• 位址空間

  包括代碼、資料、堆、棧、堆上動态配置設定的空間

windows建立程序creatProcess

過程：

• 建立程序核心對象，建立虛拟位址空間
• 裝載exe和、或dll的代碼和資料到位址空間中
• 建立主線程和線程核心對象
• 啟動主線程，進入主函數

  

  有一個非常有趣的例子，​見我另一篇部落格

Windows結束程序

主函數傳回

ExitProcess

TerminateProcess

補充：守護程序daemon

pid = fork(); //建立子程序
if(pid>0)     
  eixt(0);  //退出父程序
setsid();   //讓程序脫離控制終端
chdir("/");   //避免原工作目錄不能被解除安裝
umake(0);   //檔案權限掩碼設定0
for(int i = 0;i<MAXFILE;i++)
  close(i); //關閉繼承自父程序的檔案