進程切換（上下文切換）：

• 定義：暫停當前運行進程，從運行狀態變成其他狀態，調度另一個進程從就緒狀態變成運行狀態
• 要求：切換前，保存進程上下文；切換后，恢復進程上下文；快速切換
• 進程存儲的生命周期的信息：寄存器（PC，SP，...）；CPU狀態；內存地址空間

進程控制塊PCB：內核的進程狀態記錄

• 內核為每個進程維護了對應的進程控制塊PCB
• 內核將相同狀態的進程的PCB放置在同一隊列

進程控制塊結構：

• 進程標識信息
• 進程狀態信息
• 進程占用的資源（存儲資源、內核堆棧等）
• 保護現場用的內容
• 當前進程在哪個隊列

其中內存地址空間結構中會包含：有哪些內存塊及地址空間，第一級頁表起始地址，置換相關結構

進程創建：

• Windows進程創建API：CreateProcess
• Unix進程創建系統調用：fork/exec。fork()把一個進程復制成兩個進程，父子進程有各自的PID；接下來的exec()用新程序來重寫當前進程，PID不改變。

空閑進程創建

當用戶代碼執行完之后，系統將在空閑進程中執行。

第一個內核線程的創建：

fork()的開銷：

• 對子進程分配內存
• 復制父進程的內存和CPU寄存器到子進程里
• 開銷昂貴

99%調用fork是為了接下來調用exec，考慮到fork()操作中內存復制是沒有作用的，子進程可能會關閉打開的文件和連接，因此考慮將其合并到一個調用中，于是出現了vfork()。

vfork()：

• 創建進程時，不再創建一個同樣的內存映像，而是當調用exec()時才開始復制，而要被覆蓋或者關閉的資源不再進行復制
• 一些時候稱為輕量級fork()
• 子進程應該幾乎立刻調用exec()
• 現在使用Copy on Write（COW）技術

進程加載exec

• exec調用成功時：是相同的進程，運行了不同的程序
• exec（）允許一個進程加載一個不同段程序,并在MAIN執行，（_start）
• 允許一個進程指定參數的數量argc和字符串參數數字argv
• 允許進程指定不同的控制流，OS中可指定不同的應用程序，即調用成功=相同進程，運行的是不同的程序!
• Code(代碼段)stack(堆棧)heap(堆)等完全重寫

進程等待與退出：

父進程等待子進程：

1. wait()系統調用用于父進程等待子進程的結束

• 子進程結束時通過exit()向父進程返回一個值
• 父進程通過wait()接受并處理返回值

2. wait()系統調用的功能

• 有子進程存活時，父進程進入等待狀態，等待子進程的返回結果。當某子進程調用exit()時，喚醒父進程，將exit()返回值作為父進程中wait的返回值
• 有子進程調用exit()而父進程還未調用wait()處理時，子進程被稱為僵尸進程。如果此時父進程調用wait()則直接處理并返回
• 無子進程或無子進程存活時，wait()也是立刻返回

3. exit()用于進程的有序終止

• 進程結束執行時調用exit()，完成進程資源回收。

4.?exit()系統調用的功能

• 將調用參數作為進程的結果返回
• 關閉所有打開的文件等占用資源
• 釋放內存
• 釋放大部分進程相關的內核數據結構
• 檢查是否父進程是存活的：如果父進程存活，保留結果的值直到父進程用wait()處理，進入僵尸狀態；如果父進程不存活，則子進程為孤兒進程，直接釋放所有數據結果，進程結束
• 清理所有等待的僵尸進程

其他進程控制系統調用

• 優先級控制：nice()指定進程的初始優先級；unix系統中進程優先級會隨執行時間而衰落
• 進程調試支持：ptrace()允許一哥進程控制另一個進程的執行；設置斷點和查看寄存器
• 定時：sleep()可以讓進程在定時器的等待隊列中等待指定。

為什么要讓父進程等？而不是直接結束?

當進程執行完畢退出后，幾乎所有資源都回收到OS中。但有個資源很難回收，就是PCB，PCB是代表進程存在的唯一標識，OS要依據PCB執行回收。這個功能由父進程完成。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的《操作系统》OS学习（十）：进程控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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