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程序的概念、狀態轉換和程序控制塊

阿新 • • 發佈：2019-01-14
1. 為什麼要引入程序 通常的程式是不能併發執行的，因為併發執行會使它們具有間斷性、失去封閉性，並且其結果不可再現。      為了使程式能夠併發執行，並且對程式加以描述及控制，引入了程序的概念。 2. 程序的定義 程序是程序實體的執行過程，程序實體由程式段、相關的資料段和PCB三部分構成。在沒有引入執行緒的作業系統中，程序是系統進行資源分配和排程的一個獨立單位。 3. 程序的狀態 （1）建立狀態           當一個新程序被建立時，系統為其建立PCB，並填寫必要的管理資訊。但由於該程序所需的資源尚未分配，程序還沒有進入主存，程序還不能被排程執行。      （2）就緒狀態           當程序已經被分配到除CPU以外的所有資源時，只要再獲得CPU就可以執行，這種狀態稱為就緒狀態。
     （3）執行狀態           程序獲得了CPU，正在執行當中。      （4）阻塞狀態           正在執行的程序由於發生一些事件暫時無法繼續佔有CPU時，程序進入阻塞狀態。      （5）掛起狀態           當有終端使用者的請求，或父程序的請求，或系統負荷調節的需要，或作業系統的需要時，程序進入掛起狀態。      （6）終止狀態           當一個程序到達了自然結束點，或是出現了無法克服的錯誤，或是被作業系統終結，或是被其它擁有終止權的程序終結，程序就進入終止狀態。
程序狀態轉換圖（無掛起狀態） 4. 引起程序進入各種狀態的事件 4.1 進入阻塞狀態
      （1）請求的資源被其它程序佔用。如：請求使用印表機資源，但印表機正在被其它程序使用。      （2）啟動某種操作。如：啟動了某項I/O裝置，只有在I/O裝置完成了指定的I/O操作後進程才能繼續執行。      （3）新資料尚未到達。如：程序A用於輸入資料，程序B用於對資料加工，如果程序A尚未輸入完資料 ，則程序B阻塞。      （4）無新工作可做。如：傳送資料的程序已經發送完資料，且無新的傳送請求，則該傳送程序阻塞。
 4.2 進入掛起狀態      （1）終端使用者請求。如：終端使用者在程式執行期間希望程式 暫停執行，程序進入掛起狀態。      （2）父程序的請求。如：父程序希望掛起自己的某個子程序，以便修改子程序或協調各子程序的活動。
     （3）進行負荷調節。如：當實時系統的負荷較重，系統可以把一些不重要的程序掛起。      （4）作業系統的需要。如：作業系統掛起某些程序，以便檢查執行資源的使用情況
5. 程序控制塊（PCB） 5.1 程序控制塊的作用      程序控制塊記錄了作業系統所需的，用於描述程序的當前情況，以及控制程序執行的全部資訊。作業系統是根據PCB來對併發執行的程序進行控制和管理的。      例子：      （1）當作業系統要排程某程序執行時，要從該程序的PCB中檢視其現行狀態和優先順序。      （2）當排程某程序後，要根據PCB中儲存的CPU狀態資訊，設定程序恢復執行的現場，並根據PCB中程式和資料的記憶體地址找到程式和資料。      （3）當程序阻塞或掛起時，要將其斷點的CPU環境儲存在PCB中。      （3）程序之間實現同步、通訊、訪問檔案時，需要訪問PCB。
 5.2 程序控制塊的內容      （1）程序識別符號（PID）。程序識別符號唯一地標識一個程序。      （2）CPU狀態資訊。由CPU的各種暫存器的內容組成。      （3）程序排程資訊。包括程序狀態、程序優先順序、程序排程所需的其他資訊、引起狀態轉換的事件。      （4）程序控制資訊。包括程式和資料的地址、程序同步和通訊所需的內容、程序所需和已有的資源清單、所在佇列中指向下一個程序的連結指標。

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