作業系統L3－行程

行程(Process)–正在執行的程式

行程(Process) VS 程式(Program)

• 行程(Process):執行中的程式，主動個體
• 程式(Program):儲存在硬碟中的可執行檔，被動
• 一個程式可能有數個行程

行程記憶體結構

• 文本區(text):程式碼，包含PC計數器和暫存器資料

• 資料區間:包含全域變數

• 堆積(Heap):動態配置的記憶體

• 堆疊(stack):區域變數，函式參數

• 

行程狀態

• new: Process已被建立，取得PCB空間，未載入記憶體
• ready:Process已在記憶體，等待CPU
• waiting:Process鄧帶IO中
• running:Process取得CPU執行中
• terminated:完成工作，準備回收PCB
  

行程控制表(PCB)

    又稱任務控制表(task control block)

• 行程ID:唯一
• 行程狀態︰running或waiting等
• 程式計數器︰指向下一個要執行指令的位址
• CPU暫存器:記錄在暫存器的值
• CPU排班相關的資訊:
• 記憶體管理資訊:
• 會計資訊
• I/O資訊
  

行程排班

佇列

• 工作佇列(Job queue) –所有行程的集合

• 就緒佇列(Ready queue)–位於主記憶體中且就緒等待執行的行程

• 裝置佇列(Device queues)–等待某I/O裝置的行程

    佇列圖(Queuing diagram)
  

排班佇列

• 長程排班程式(Long-term scheduler,job scheduler):放入Ready queue，控制多元規劃程度

• 短程排班程式(Short-term scheduler,PU scheduler):並將CPU分配給它

• 中程排班程式(Medium-term scheduler)

• 行程描述:

  • I/O傾向行程(I/O-bound process):IO花費時間多
  • CPU傾向行程(CPU-bound process):CPU花費多

• 置換(swapping):從記憶體移除行程，儲存到磁碟OR從磁碟回存到記憶體繼續執行

Context Switching

• CPU要從舊行程轉到新行程時，在儲存裝置載入和儲存狀態
• Context Switching的轉換時間是負擔，OS和PCB影響時間
  

行程產生/結束

• fork():呼叫新行程
• exec():新行程取代記憶體空間
• exit():新行程執行完後，刪除自身
• abort():父行程可以結束子行程的執行
• wait():子行程輸出資料到父行程
  
  

行程通訊

合作行程

• 行能夠影響其它行程，或是受到其它行程所影響
• 好處:(1)資訊共享、(2)加速運算、(3)模組化、(4)方便性
• 行程間通訊(Inter-Process Communication, IPC)
  • 訊息傳遞(Message passing)
  • 共用記憶體(Shared memory)
• 無限緩衝區(unbounded-buffer)對於緩衝區的大小沒有限制
• 有限緩衝區(bounded buffer)假設緩衝區的大小固定

獨立行程

• 無法影響其它行程的執行且不受其它的行程影響

通訊鍊

• 構成
  • send(P, message) –傳送訊息給行程P
    *** receive(Q, message) –從行程Q接收訊息**
  • port(信箱埠):傳送與接收訊息，兩個行程共用信箱埠時，它們才可互相聯繫
• 操作
  • 產生一個新的信箱埠
  • 經由信箱埠傳送並接收訊息
  • 刪除一個信箱埠
• 同步
  • 等待(blocking)，同步(synchronous)
    • 等待傳送(blocking send)︰傳送行程等待，直到訊息被接收
    • 等待接收(blockingreceive)︰接收者等待，直到有訊息出現
  • 非等待(non-blocking)被視為非同步(asynchronous)
    • 非等待傳送(non-blocking send)︰傳送行程送出訊息後繼續執行
    • 非等待接收(non-blocking receive)︰接收者取回有效訊息或無效資料

緩衝器(Buffer)

• 1.零容量(Zero capacity)–零訊息傳送者必須等候接收者(約會)
• 2.有限容量(Bounded capacity)–有限長度n 的訊息如果鏈已經填滿，那麼傳送者必須等待
• 3.無限制容量(Unbounded capacity)–無限長度傳送者不需要等待