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进程控制是操作系统的核心功能之一,负责管理进程的整个生命周期。就像工厂的生产线管理一样,操作系统需要控制进程的创建、执行、暂停和终止。进程在运行过程中会在就绪、运行和阻塞三种基本状态之间转换,这些状态转换正是进程控制的核心内容。
进程创建是操作系统的重要功能。当需要创建新进程时,系统首先分配唯一的进程标识符PID,然后分配进程控制块PCB并初始化其内容,接着为进程分配内存空间,最后将新进程插入就绪队列等待调度。在Unix系统中,fork系统调用是创建进程的主要方式,它会复制父进程的地址空间来创建子进程,并通过不同的返回值来区分父子进程。
进程终止是进程生命周期的最后阶段。进程可能因为正常结束、运行时错误、致命错误或被其他进程终止而结束。当进程终止时,系统需要进行一系列清理工作:关闭进程打开的所有文件,释放占用的内存空间,回收其他系统资源,撤销进程控制块,并通知父进程。需要特别注意僵尸进程和孤儿进程这两种特殊情况的处理。
进程阻塞与唤醒是进程状态转换的重要机制。当进程需要等待I/O操作完成、资源可用或特定事件发生时,会从运行状态转为阻塞状态。阻塞的进程被放入相应的阻塞队列中等待。当等待的条件满足时,进程被唤醒并重新进入就绪队列,等待调度器重新调度执行。这种机制提高了系统的并发性和资源利用率。
进程切换是操作系统进程控制的核心操作。当时间片用完、进程阻塞或有高优先级进程就绪时,系统会触发进程切换。切换过程包括保存当前进程的CPU状态到PCB中,然后由调度器选择下一个要运行的进程,最后从该进程的PCB中恢复其状态到CPU。这个过程涉及寄存器、程序计数器、栈指针等关键信息的保存和恢复,确保进程能够从中断点正确继续执行。