哈工大李治军老师操作系统笔记【7】：多进程图像（Learning OS Concepts By Coding Them !）

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1 多进程图像
2 总结

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操作系统合理的、交替的推进各个进程的指令往下执行
什么是多进程图像？就是有多个进程，比如这里就是 $I D$ 为1,2,3的这三个进程
从上层用户当中，怎么使用计算机呢？启动进程后，就开始使用计算机了
下层呢？操作系统负责记录好这3个进程，怎么记录呢？每个进程创建好一个PCB，创建好后，就记录好你这个进程怎么样了，到哪里了，所以底下的操作系统，合理有序的推进这多个进程
所以这就是多进程图像，用户只关注样子，操作系统关注多进程怎么推进
这个多进程图像一直存在于操作系统开机到关机的始终过程

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这个任务管理器本身也是一个进程，看这幅图就知道，计算机是多个进程在使用，如果慢了，可以看某个进程的CPU利用率，看看哪个进程导致他变慢

比如说 $Win d o w s$ 当中的多进程就是如此

1 多进程图像

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1.1 fork()

main初始化之后，执行了一堆init的函数之后，启动了一个进程，if (!fork()) {init();}，fork()创建了第一个进程：shell，是初始化进程，shell再启动其他的进程， $Win d o w s$ 则是创建个图形交互界面，之后再执行其他进程。以下为shell进程的代码：

int main(int argc,char argv[])
{
	while(1)
	{
		scanf("%s", cmd);
		if(!fork())
		{
			exec(cmd);
		}
		wait();
	}
}
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用户执行一个任务，也是创建一个进程，这个进程完成你要完成的任务。

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执行任务->创建进程->任务结束
通过多进程图像，就能看到计算机是怎样跑的
启动一个进程就开始使用计算机了
所以说多进程图像是计算机核心的图像
所以说用户启动计算机就是启动了一堆进程，用户管理计算机就是管理一堆进程

1.2 组织多进程

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操作系统感知进程，全靠PCB，组织进程也是全靠PCB，用PCB形成一些数据结构，所以说计算机组织好多进程才能管理好多进程，就是用PCB这个结构体形成一堆数据结构，就出现了队列这个数据结构。
就绪队列：有多个进程，有一个进程正在执行，为什么是一个呢？因为是单核的CPU（或者多核的，但是进程太多了总得有就绪队列）
等待队列：缺事件的进程，即使排到了也得继续等待事件
把进程根据状态进行区分

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以上为进程状态图
所以这就是个操作系统对进程的组织，也是对进程的一系列管理
要求会画这个图
要求会讲解这个图
运行→等待；运行→就绪；就绪→运行，其实有没有发现，这是一个进程不断向前推进的图，而操作系统就在这个状态基础上对进程进行控制和管理
总结，如何组织多进程？
用PCB放在不同的队列中，用状态来推进这多个进程，进行状态转化，这就是操作系统进行多进程的组织过程

1.3 多进程的交替

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所谓多进程的交替，就是不断的切换，这是最核心的东西
如果不能这样交替切换，多进程就没有意义了，就变成单道批处理了
下图中的schedule()，getNext函数是重点，即切换和调度
下图中的getNext从就绪队列中挑出下一个占用CPU的进程
switch_to就是用PCB进行进程上下文的切换，pCur、pNew分别指当前进程的PCB和调度得到的下一个进程的PCB，因为操作系统都是根据PCB来感知一个进程
找哪个进程合适？根据getNext来找
选好了就完成具体的切换，因为PCB都保存了当时的信息（现场信息），所以能进行切换