PCB

简介

PCB中记录了操作系统所需的，用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。PCB的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。例如，当OS要调度某进程执行时，要从该进程的PCB中查处其现行状态及优先级；在调度到某进程后，要根据其PCB中所保存的处理机状态信息，设置该进程恢复运行的现场，并根据其PCB中的程序和数据的内存始址，找到其程序和数据；进程在执行过程中，当需要和与之合作的进程实现同步，通信或者访问文件时，也都需要访问PCB；当进程由于某种原因而暂停执行时，又须将器断点的处理机环境保存在PCB中。可见，在进程的整个生命期中，系统总是通过PCB对进程进行控制的，即系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的。所以说，PCB是进程存在的唯一标志。

组成

PCB进程控制块是进程的静态描述，由PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集三部分组成。

在Unix或类Unix系统中，进程是由进程控制块，进程执行的程序，进程执行时所用数据，进程运行使用的工作区组成。其中进程控制块是最重要的一部分。

进程控制块是用来描述进程的当前状态，本身特性的数据结构，是进程中组成的最关键部分，其中含有描述进程信息和控制信息，是进程的集中特性反映，是操作系统对进程具体进行识别和控制的依据。

PCB一般包括：

1、程序ID（PID、进程句柄）：它是唯一的，一个进程都必须对应一个PID。PID一般是整形数字

2、特征信息：一般分系统进程、用户进程、或者内核进程等

3、进程状态：运行、就绪、阻塞，表示进程现的运行情况

4、优先级：表示获得CPU控制权的优先级大小

5、通信信息：进程之间的通信关系的反映，由于操作系统会提供通信信道

6、现场保护区：保护阻塞的进程用

7、资源需求、分配控制信息

8、进程实体信息，指明程序路径和名称，进程数据在物理内存还是在交换分区（分页）中

9、其他信息：工作单位，工作区，文件信息等

作用

进程控制块

进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（包含数据），成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。

程序段

进程中能被进程调度程序在CPU上执行的程序代码段。

数据段

一个进程的数据段，可以是进程对应的程序加工处理的原始数据，也可以是程序执行后产生的中间或最终数据。

包含信息

在不同的操作系统中对进程的控制和管理机制不同，PCB中的信息多少也不一样，通常PCB应包含如下一些信息。

进程标识符信息

每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数字。UNIX系统中就是一个整型数。在进程创建时由系统赋予。进程标识符用于唯一的标识一个进程。一个进程通常有以下两种标识符。

外部标识符。由创建者提供，通常是由字母、数字组成，往往是用户（进程）访问该进程使用。外部标识符便于记忆，如：计算进程、打印进程、发送进程、接收进程等。

内部标识符：为了方便系统使用而设置的。在所有的OS中，都为每一个进程赋予一个唯一的整数，作为内部标识符。它通常就是一个进程的符号，为了描述进程的家族关系，还应该设置父进程标识符以及子进程标识符。还可以设置用户标识符，来指示该进程由哪个用户拥有。

处理机状态信息

说明进程当前所处的状态。为了管理的方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，如就绪进程队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列、等待等。处理机状态信息主要是由处理机各种寄存器中的内容所组成。

通用寄存器。又称为用户可视寄存器，可被用户程 序访问，用于暂存信息。

指令寄存器。存放要访问的下一条指令的地址。

程序状态字PSW。其中含有状态信息。（条件码、 执行方式、中断屏蔽标志等）

用户栈指针。每个用户进程有一个或若干个与之相 关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址。栈指针指向该栈的栈顶。

进程调度信息

在PCB中还存放了一些与进程调度和进程对换有关的信息。

（1）进程状态。指明进程当前的状态，作为进程调度和对换时的依据。

（2）进程优先级。用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程优先获得处理机。

（3）进程调度所需要的其他信息。（进程已等待CPU的时间总和、进程已执行的时间总和）

（4）事件。这是进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件。（阻塞原因）

进程上下文

是进程执行活动全过程的静态描述。包括计算机系统中与执行该进程有关的各种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成的机器指令代码集、数据集及各种堆栈值和PCB结构。可按一定的执行层次组合，如用户级上下文、系统级上下文等。

进程存在的唯一标志

在进程的整个生命周期中，系统总是通过PCB对进程进行控制的，亦即，系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的，所以说，PCB是进程存在的唯一标志。

进程的特征

1、动态性

2、并发性

3、独立性

进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。没有建立进程的程序，不能作为一个独立的单位参加运行。

4、异步性

5、结构特性

从结构上看，进程由程序段、数据段及PCB三部分组成。

进程的状态及其转换

进程的三种基本状态

• 就绪状态（Ready）

当进程已经分配到除CPU以外的所有必要的资源后，只要能再获得处理机，就可以立即执行。

• 执行状态（Running）（运行状态）

指进程已获得处理机而执行的状态。

• 阻塞状态（Block）（等待状态）

进程因为发生某个事件而暂停执行时的状态（如：请求I/O、申请缓冲空间等）。有时也称“等待”状态或“睡眠”状态。

进程状态转换

①就绪→执行：调度

②执行→等待：等待某个事件发生而睡眠

③等待→就绪：因等待的事件发生而唤醒

④执行→就绪：时间片用完或出现高优先

就绪状态→执行状态

处于就绪状态的进程，当进程调度程序为它分配了处理机后，该进程便由就绪状态变为执行状态，正在执行的进程也称为当前进程。

执行状态→阻塞状态

正在执行的进程因发生某件事件而无法执行。例如：进程请求访问临界资源，而该资源正被其它进程访问，则请求该资源的进程将由执行状态转变为阻塞状态。

执行状态→就绪状态

正在执行的进程，如果事件发生或中断而被暂停执行，该进程便由执行状态转变为就绪状态。（分时系统中，时间片用完；抢占调度方式中，优先权高抢占处理机）

执行状态→终止状态

当一个进程经完成或发生某事件，如程序中出现地址越界、非法指令等错误，而被异常结束时，进程将由执行状态转变为终止状态。