进程控制块

1. 简介

计算机系统同时执行多个程序。这使我们能够实现更好的吞吐量和用户体验。运行多个程序的概念由操作系统中的进程实现。

在本教程中，我们将讨论进程控制块 （PCB） 的概念，其中包含进程运行的有用信息。

2. 进程概念

进程是正在执行的程序。例如，我们可以编写一个 Java 应用程序并将其保存到磁盘。这被视为一个程序和一个被动实体。但是，当我们执行程序时，操作系统会创建一个 Java 进程。进程在执行时是活动实体。

上图表示一个进程及其组件。在左侧，我们显示内存 - 文本部分从较低的内存偏移量开始。进程的堆和堆栈部分可以根据进程的内存要求而增长。

3. 进程控制块

进程控制块表示操作系统中的一个进程。PCB也称为任务控制块。它是与特定流程关联的信息存储库。

它包含各种信息，例如：

3.1. 进程状态

进程状态表示操作系统中进程的状态。进程可以处于“新建”、“就绪”、“正在运行”、“等待”或“已终止”状态。

3.2. 程序计数器

一个进程包含几个由CPU线性执行的指令。程序计数器 （PC） 指示要为此进程执行的下一条指令的地址。

3.3. 中央处理器寄存器

寄存器是一小块内存，可以包含进程的状态信息。寄存器的大小和类型可能因计算机体系结构而异。它们包括累加器、索引寄存器、条件代码信息、通用寄存器和堆栈指针，仅举几例。

如果正在运行的进程发生中断，CPU 寄存器会存储进程的状态信息。这允许进程在调度程序计划再次运行时继续。

3.4. 其他统计数据

• CPU 调度信息：调度程序计划要执行的进程。它确定 CPU 执行进程所依据的条件。流程包含多个参数，例如进程优先级、调度队列信息以及各种其他调度参数
• 内存管理信息：执行进程需要内存，并且需要维护多个与内存相关的统计信息。其中包括基本和限制寄存器信息、页面和段表等
• 会计信息：会计信息衡量各种簿记数据。使用的 CPU 时间量、时间限制、帐号、作业或进程号等
• I/O 状态信息：此信息包括分配给进程的 I/O 设备列表、打开的文件列表等

4. PCB在上下文切换中的作用

PCB在进程的上下文切换中起着至关重要的作用。

有时，中断信号或操作系统调用等多个因素会中断正在运行的进程，并且进程会抢占其执行。发生这种情况时，操作系统会将当前执行统计信息保存在进程的PCB中。这可确保下次恢复进程执行。

让我们看一下上下文切换期间会发生什么：

让我们分解一下：

1. 最初，进程P0正在运行，并发生中断
2. 作为响应，操作系统保存P0的上下文并阻止其执行
3. 然后操作系统加载另一个进程P1的PCB并开始执行
4. 一段时间后，P1也收到中断
5. 作为响应，操作系统保存P1的PCB上下文并阻止其执行
6. 然后，操作系统加载P0 的 PCB 并从先前状态恢复执行

5. 结论

在本文中，我们讨论了流程的进程控制块。

首先，我们介绍了进程的概念以及PCB在操作系统中管理进程状态中的作用。然后，我们讨论了进程控制块的各个组件及其角色。

最后，我们讨论了进程控制块在进程上下文切换中的作用。