操作系统通过以下方式控制和管理计算机中的进程:
进程创建
操作系统接收来自用户或系统程序的请求,创建一个新的进程,并分配必要的资源(如内存、文件句柄等)。
进程调度
操作系统根据一定的算法决定哪个进程应该获得CPU时间片进行执行。常见的调度算法有先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先级调度等。
进程同步与通信
操作系统提供了信号量、互斥锁、条件变量等机制,用于协调多个进程之间的执行顺序和数据共享。
进程终止
当进程完成其任务或出现错误时,操作系统会回收其占用的资源,并将其从系统中移除。
进程状态转换
操作系统跟踪每个进程的状态,包括新建、就绪、运行、等待、终止等,并根据需要对进程状态进行转换。
进程间通信(IPC)
操作系统提供各种机制,允许进程之间交换信息,如管道、消息队列、共享内存等。
死锁处理
操作系统检测并解决可能导致进程无法继续执行的死锁情况。
资源管理
操作系统负责管理和分配计算机的各种资源,如内存、磁盘空间、打印机等。
进程控制的具体操作
进程的创建
申请空白PCB:为新进程分配所需资源。
初始化PCB:将PCB插入就绪队列。
引起进程创建的事件:用户登录、作业调度、提供服务、应用请求等。
进程的终止
撤销原语:从PCB集合中找到终止进程的PCB,立即剥夺CPU,将CPU分配其他进程,终止其所有子进程,将该进程的资源归还给父进程或操作系统,删除PCB。
引起进程终止的事件:正常结束、异常结束、外界干预等。
进程的阻塞与唤醒
引起进程阻塞的事件:需要等待系统分配某种资源,需要等待相互合作的其他进程完成工作。
进程的唤醒:当进程等待的事件满足时,进程从阻塞状态变为就绪状态。
进程的切换
当前进程时间片到:当前进程运行时间结束,需要切换到下一个进程。
有更高优先级的进程到达:如果有更高优先级的进程到达,当前进程会被抢占。
当前进程主动阻塞:当前进程主动请求阻塞,如等待I/O操作完成。
当前进程终止:当前进程执行完毕或发生异常,需要终止并释放资源。
进程控制的应用场景
系统优化
通过进程管理工具(如任务管理器)结束不必要的进程,释放系统资源,提高系统运行速度。
安全管理
使用进程控制技术,如进程隔离,保护操作系统中进程互不干扰,提高系统安全性。
调试与诊断
调试器通过进程控制拦截目标进程的所有陷入和异常,及时了解目标进程的状态改变,便于故障排查和软件调试。
通过上述机制和应用场景,操作系统能够有效地管理和控制计算机中的进程,确保它们高效地运行并满足用户的需求。