計算機概論-作業系統(行程管理與排班)

行程管理(Process management)

行程(process)指的是正在執行的程式，是一個具有獨立功能的程序關於某個數据集合的一次運行活動。它可以申請和擁有系统資源，是一個動態的概念，是一個活動的實體。它不只是程序的代碼，還包括當前的活動，通過程序計數器的值和處理寄存器的内容來表示。

process組成

文本區域(text region)：

• 程式碼(code section)

資料區域(data region)：

• 全域變數(global variable)
• 堆積(heap)：動態分配的記憶體

堆疊(stack region)：

• 活動過程調用的指令
• 程式計數器(program counter)
• 本地變數(local variable)

行程狀態(process state)

Process的生命週期可以劃分為一組狀態，系統根據PCB結構(process Control block)中的狀態值控制process。
Process在結束前僅處於以下三種基本狀態之一：

• 就緒狀態：當process已分配到除CPU以外的所有必要資源後，處於排班中。
• 執行狀態：process正在CPU上運行的狀態，該process已獲得必要的資源及處理器，用戶程序正在處理器上運行。
• 等待狀態：正在執行的process，由於發生某事件而暫時無法繼續執行時，放棄處理器而處於暫停狀態。

• 新建(new)：該process正在產生中
• 執行中(running)：process正在執行
• 等待(waiting)：等待某事件發生(通常是等待I/O)
• 就緒(ready)：排班中，該process正等待指定一個處理器
• 結束(terminate)：該process完成執行

內文切換(context switch)

• 時機：當CPU的使用權由一個process移交給另一個process使用時
• 動作：先儲存原process狀態至PCB,再載入新process的PCB
• 時間：system overhead，且與硬體有關

註：PCB應保留在主記憶體中，以加快排程和內文切換的速度，減少system overhead

狀態中的佇列

• Job queue：由一群位於次儲存體 (如：硬碟 ) 中，等待進1入主記憶體之programs所形成的集合
• Ready queue：由一群位於記憶體中，就緒並等待執行的processes所行程的集合，一般都是用鏈結串(link list)的方式儲存
• Device queue：由一群正在等待 I/O 裝置的processes所形成的集合，毎個裝置本身都有其 device queue，以記錄不同process的請求

PCB(process control block)

說明：用來儲存process的狀態與資訊
PCB內容：

• Process state：process的狀態(new、running...)
• Program counter：下一個要執行的指令位址
• CPU register：所有暫存器內容
• CPU scheduling information：排班順序、佇列...
• Memory management information：分配給process的記憶體大小
• Accounting information：CPU實際時間的使用數量、process ID
• I/O status information：配置給process的輸出/入裝置

排班程式(scheduler)類型

Long-term scheduler

• 從job queue選擇適合的jobs載入至記憶體內準備執行
• 可調控multiprogramming degree(記憶體中正在執行的process數量)
• 可調控CPU bound與I/O bound的比例

Midium-term scheduler

• 當記憶體空間不足，又有其它process欲進入記憶體執行，此時必須選擇某些process，將其swap out到disk，待記憶體有足夠空間，再將其swap in回記憶體中繼續執行
• 可調控multiprogramming degree
• 可調控CPU bound與I/O bound的比例

short-term scheduler

• 從ready queue中選擇已ready且適當的process，使其獲得CPU使用權
• 無法調控multiprogramming degree
• 無法調控CPU bound與I/O bound的比例