进程控制

定义

• 使用原语来创建、撤消进程，以及完成进程各状态之间的转换
• 由操作系统内核实现

原语（Primitive）

• 由若干条机器指令构成的可完成特定功能的程序段
• 原子操作：要么全部完成，要么全都不做
• 通过屏蔽各种中断保证原子性

分类

• 进程控制原语
• 进程通信原语
• 进程管理原语

基本原语

创建原语

• 创建新进程，分配 PCB
• 步骤：
  1. 分配新的 PCB，获取唯一 PID
  2. 为进程分配内存空间，加载程序映像（代码 + 数据 + 栈）
  3. 初始化 PCB：填写 PID、状态（就绪）、优先级、寄存器上下文等
  4. 将 PCB 插入就绪队列

撤销原语

• 终止进程，回收其所占用的所有资源（内存、文件、设备等）
• 回收 PCB

阻塞原语

• 进程从运行态 → 阻塞态
• 保护当前 CPU 上下文到 PCB，将 PCB 移入等待队列

唤醒原语

• 进程从阻塞态 → 就绪态
• 将 PCB 从等待队列移到就绪队列

挂起原语

• 将进程从内存移到外存（挂起态）
• 用于缓解内存不足

激活原语

• 将进程从外存调入内存（从挂起态恢复）

fork() 系统调用

• UNIX/Linux 中创建进程的核心系统调用
• 返回值语义：fork() 在父进程中返回子进程 PID，在子进程中返回 0，失败返回 -1
• 父子进程并发执行：fork() 后父进程和子进程是独立的进程，调度顺序不确定
• 写时复制（Copy-on-Write）：父子进程共享同一物理内存，仅当写入时复制新页

进程树结构

• UNIX/Linux 中进程形成树形关系：init（PID=1）是所有进程的祖先
• fork() 创建子进程后，可通过 exec() 系列函数替换进程映像

模式切换 vs 进程切换

• 模式切换（Mode Switch）：在同一进程中，用户态 ↔ 内核态（如系统调用、中断），不改变当前进程
• 进程切换（Process Switch/Context Switch）：从一个进程切换到另一个，需保存/恢复 PCB 上下文，开销更大