[嵌入式]操作系统—进程管理

操作系统OS（Operating System）

1. 用户与计算机硬件之间的接口
2. 控制和管理计算机资源的软件

OS是一个分配者，分配的主体就是任务，就是一切硬件资源都需要找OS申请之后才能被授权使用。

程序 & 进程

程序

程序 = 指令 + 数据
程序是静态的，一般表现为一个或者一组文件

进程

什么是进程？
进程是动态的。

1.用户角度

进程是程序的一次执行过程，是程序在“运行阶段”的视角主体
一个程序，可以进行多次执行（表现为多个进程）， 也可以“同时”执行（多个进程同时存在）

2.操作系统角度

进程是OS进行资源分配的基本单位

1. OS的职责：分配任务
2. 资源：被OS管理的硬件资源、软件资源
3. 分配的单位：分配的时候，最多考虑到这一层级
4. 基本：允许有更高层次的单位，但最小到这里

换言之，同一个进程中的资源是共享的，不同进程间的资源的隔离的。

总结
进程是动态过程
绑定着一个程序
允许同时存在
OS内部资源分配的最小实体

操作系统的职责

1. 进程管理模块：主要负责进程的调度工作，主持不同进程在CPU运行的时间划分。
2. 内存管理模块：主持内存空间的分配工作——进程通信问题。
3. 文件管理模块：把硬盘上的数据抽象成文件。
   硬盘是最为主要的二级存储，重要的IO设备，OS进行硬盘上的数据协调
   OS一般不会直接去管理硬盘的数据，一般委托文件系统进行抽象管理
4. 网络管理模块
5. 其他硬件——以文件驱动的形式进行管理——驱动管理

进程管理

进程管理 / 进程调度， 负责CPU的分配。
以时间线作为主轴去理解
以指令去执行

要做好进程调度我们面临的问题

1.进程控制块抽象（PCB）

Process Control Block

计算机内部要管理任何现实事物，都需要将其抽象成一组有关联的、互为一体的数据。
在Java中，我们可以通过类 / 对象来描述这一特征。

class PCB {
	1.进程的唯一标识，pid
	2.进程关联的程序信息
		a.哪个用户启动的
		b.进程工作目录
		c.什么时候开始的，什么时候结束的
	3.分配给该资源使用的各个资源
	4.调度是用到的信息
}

这样，每一个PCB对象都代表着一个实实在在运行着的程序，即进程。
操作系统再通过这种数据结构，例如线性表、搜索树等将 PCB 对象组织起来，方便管理时进行增删改查的操作。

2.细化进程

通过对进程做状态划分，来区分处于不同情况下的进程状态

• 新建，进程处于正在创建中
• 就绪，进程已经获得了除CPU以外的所有所需资源，等待分配CPU资源
• 运行，进程的指令在CPU中运行着
• 阻塞，进程由于等待外部条件无法继续
• 结束，进程的所有指令执行结束，但PCB暂时保留，OS还需要做一些其他工作

3.如何选择进程上CPU

在就绪队列中，应该选择哪个进程上CPU？
需要保证公平性、要有消息、要让更紧急的任务先被处理、低成本

1. 先来先服务
2. 优先级划分（进程PCB中需要管理一个优先级属性）
3. 短作业优先级

4.OS什么时候会介入进程调度

——选择一个新的进程，进行CPU分配

1. 一个新的进程刚处于就绪状态时，当该进程优先级较高时——抢占式（实时）
2. 运行状态的进程 -> 结束，一个进程结束了
3. OS每隔一段时间，会调度一次：进程的时间片耗尽
4. 进程主动放弃CPU：
   运行 -> 阻塞
   运行 -> 就绪

5.OS具体进程切换

通过上下文切换 —— 保护上一个进程的上下文 + 恢复下一个进程的上下文（Context）
上下文指的是：以PC寄存器所代表的一组寄存器中的值
保护上下文：把寄存器中的值保存在内存中的某个位置
恢复上下文：把内存中之前保存的值写入寄存器中

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