PCB

簡介

PCB中記錄了操作系統所需的，用于描述進程的當前情況以及控制進程運行的全部信息。PCB的作用是使一個在多道程序環境下不能獨立運行的程序（含數據），成為一個能獨立運行的基本單位，一個能與其他進程并發執行的進程。或者說，OS是根據PCB來對并發執行的進程進行控制和管理的。例如，當OS要調度某進程執行時，要從該進程的PCB中查處其現行狀态及優先級；在調度到某進程後，要根據其PCB中所保存的處理機狀态信息，設置該進程恢複運行的現場，并根據其PCB中的程序和數據的内存始址，找到其程序和數據；進程在執行過程中，當需要和與之合作的進程實現同步，通信或者訪問文件時，也都需要訪問PCB；當進程由于某種原因而暫停執行時，又須将器斷點的處理機環境保存在PCB中。可見，在進程的整個生命期中，系統總是通過PCB對進程進行控制的，即系統是根據進程的PCB而不是任何别的什麼而感知到該進程的存在的。所以說，PCB是進程存在的唯一标志。

組成

PCB進程控制塊是進程的靜态描述，由PCB、有關程序段和該程序段對其進行操作的數據結構集三部分組成。

在Unix或類Unix系統中，進程是由進程控制塊，進程執行的程序，進程執行時所用數據，進程運行使用的工作區組成。其中進程控制塊是最重要的一部分。

進程控制塊是用來描述進程的當前狀态，本身特性的數據結構，是進程中組成的最關鍵部分，其中含有描述進程信息和控制信息，是進程的集中特性反映，是操作系統對進程具體進行識别和控制的依據。

PCB一般包括：

1.程序ID（PID、進程句柄）：它是唯一的，一個進程都必須對應一個PID。PID一般是整形數字

2.特征信息：一般分系統進程、用戶進程、或者内核進程等

3.進程狀态：運行、就緒、阻塞，表示進程現的運行情況

4.優先級：表示獲得CPU控制權的優先級大小

5.通信信息：進程之間的通信關系的反映，由于操作系統會提供通信信道

6.現場保護區：保護阻塞的進程用

7.資源需求、分配控制信息

8.進程實體信息，指明程序路徑和名稱，進程數據在物理内存還是在交換分區（分頁）中

9.其他信息：工作單位，工作區，文件信息等

作用

1 進程控制塊：進程控制塊的作用是使一個在多道程序環境下不能獨立運行的程序（包含數據），成為一個能獨立運行的基本單位，一個能與其它進程并發執行的進程。

2 程序段：是進程中能被進程調度程序在CPU上執行的程序代碼段。

3 數據段：一個進程的數據段，可以是進程對應的程序加工處理的原始數據，也可以是程序執行後産生的中間或最終數據。

包含信息

在不同的操作系統中對進程的控制和管理機制不同，PCB中的信息多少也不一樣，通常PCB應包含如下一些信息。

1、進程标識符信息

每個進程都必須有一個唯一的标識符，可以是字符串，也可以是一個數字。UNIX系統中就是一個整型數。在進程創建時由系統賦予。進程标識符用于唯一的标識一個進程。一個進程通常有以下兩種标識符。

外部标識符。由創建者提供，通常是由字母、數字組成，往往是用戶（進程）訪問該進程使用。外部标識符便于記憶，如：計算進程、打印進程、發送進程、接收進程等。

内部标識符：為了方便系統使用而設置的。在所有的OS中，都為每一個進程賦予一個唯一的整數，作為内部标識符。它通常就是一個進程的符号，為了描述進程的家族關系，還應該設置父進程标識符以及子進程标識符。還可以設置用戶标識符，來指示該進程由哪個用戶擁有。

2、處理機狀态信息

說明進程當前所處的狀态。為了管理的方便，系統設計時會将相同的狀态的進程組成一個隊列，如就緒進程隊列，等待進程則要根據等待的事件組成多個等待隊列，如等待打印機隊列、等待等。處理機狀态信息主要是由處理機各種寄存器中的内容所組成。

通用寄存器。又稱為用戶可視寄存器，可被用戶程 序訪問，用于暫存信息。

指令寄存器。存放要訪問的下一條指令的地址。

程序狀态字PSW。其中含有狀态信息。（條件碼、 執行方式、中斷屏蔽标志等）

用戶棧指針。每個用戶進程有一個或若幹個與之相 關的系統棧，用于存放過程和系統調用參數及調用地址。棧指針指向該棧的棧頂。

3.進程調度信息

在PCB中還存放了一些與進程調度和進程對換有關的信息。

（1）進程狀态。指明進程當前的狀态，作為進程調度和對換時的依據。

（2）進程優先級。用于描述進程使用處理機的優先級别的一個整數，優先級高的進程優先獲得處理機。

（3）進程調度所需要的其他信息。（進程已等待CPU的時間總和、進程已執行的時間總和）

（4）事件。這是進程由執行狀态轉變為阻塞狀态所等待發生的事件。（阻塞原因）

進程上下文：

是進程執行活動全過程的靜态描述。包括計算機系統中與執行該進程有關的各種寄存器的值、程序段在經過編譯之後形成的機器指令代碼集、數據集及各種堆棧值和PCB結構。可按一定的執行層次組合，如用戶級上下文、系統級上下文等。

進程存在的唯一标志：

在進程的整個生命周期中，系統總是通過PCB對進程進行控制的，亦即，系統是根據進程的PCB而不是任何别的什麼而感知到該進程的存在的，所以說，PCB是進程存在的唯一标志 。

進程的特征

1. 動态性

2. 并發性

3.獨立性

進程實體是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統中獨立獲得資源和獨立調度的基本單位。沒有建立進程的程序，不能作為一個獨立的單位參加運行。

4. 異步性

5.結構特性

從結構上看，進程由程序段、數據段及PCB三部分組成 。

進程的狀态及其轉換

1、進程的三種基本狀态

（1）就緒狀态（Ready）

當進程已經分配到除CPU以外的所有必要的資源後，隻要能再獲得處理機，就可以立即執行。

（2）執行狀态（Running）（運行狀态）

指進程已獲得處理機而執行的狀态。

（3）阻塞狀态（Block）（等待狀态）

進程因為發生某個事件而暫停執行時的狀态（如：請求I/O、申請緩沖空間等）。有時也稱“等待”狀态或“睡眠”狀态。

2、進程狀态轉換

①就緒→執行：調度

②執行→等待：等待某個事件發生而睡眠

③等待→就緒：因等待的事件發生而喚醒

④執行→就緒：時間片用完或出現高優先

就緒狀态→執行狀态

處于就緒狀态的進程，當進程調度程序為它分配了處理機後，該進程便由就緒狀态變為執行狀态，正在執行的進程也稱為當前進程。

執行狀态→阻塞狀态

正在執行的進程因發生某件事件而無法執行。例如：進程請求訪問臨界資源，而該資源正被其它進程訪問，則請求該資源的進程将由執行狀态轉變為阻塞狀态。

執行狀态→就緒狀态

正在執行的進程，如果事件發生或中斷而被暫停執行，該進程便由執行狀态轉變為就緒狀态。（分時系統中，時間片用完；搶占調度方式中，優先權高搶占處理機）

執行狀态→終止狀态

當一個進程經完成或發生某事件，如程序中出現地址越界、非法指令等錯誤，而被異常結束時，進程将由執行狀态轉變為終止狀态 。