软件架构考试基础知识 002:进程的状态与其切换
进程状态转换的说明
在操作系统中,进程的状态表示其当前的执行情况和资源占用情况。进程状态的转换反映了操作系统如何管理和调度进程。以下是进程状态转换的说明:
1. 三态模型(Three-state Model)
三态模型是最基础的进程状态模型,它将进程的状态分为以下三种:
- 运行态(Running)
- 就绪态(Ready)
- 阻塞态(Blocked)
状态转换图
+-------+ +-------+ +-------+| | | | | || Ready |<-------->|Running|<-------->|Blocked|| | | | | |+-------+ +-------+ +-------+
状态说明
-
运行态(Running)
- 进程正在CPU上执行,占用CPU资源。
- 只有当前进程才会处于运行态,其他进程要么等待CPU,要么等待某些外部事件。
-
就绪态(Ready)
- 进程已经准备好执行,等待CPU分配资源。
- 就绪态的进程被放入一个就绪队列中,等待调度器将其调度到CPU上运行。
-
阻塞态(Blocked)
- 进程由于等待某些外部事件(如I/O操作完成、信号量等)而暂停执行。
- 一旦外部事件满足,进程会从阻塞态转换到就绪态。
状态转换
- 就绪态 → 运行态:进程被调度器选择并分配CPU资源。
- 运行态 → 就绪态:当前运行进程的时间片用完,或更高优先级的进程进入就绪态。
- 运行态 → 阻塞态:进程需要等待外部事件(如I/O操作)。
- 阻塞态 → 就绪态:外部事件完成,阻塞状态的进程可以再次进入就绪态。
2. 五态模型(Five-state Model)
五态模型是三态模型的扩展,增加了两个新状态,分别是新建态(New)和终止态(Terminated)。五态模型更详细地描述了进程的生命周期。
状态转换图
+-------+ +-------+ +-------+ +-------+ +-------+| | | | | | | | | || New |--------->| Ready |<-------->|Running|<-------->|Blocked|<-------->|Terminat|| | | | | | | | | |+-------+ +-------+ +-------+ +-------+ +-------+
状态说明
-
新建态(New)
- 进程刚刚被创建,尚未被操作系统调度。
- 操作系统会为进程分配资源(如内存)并将其加入就绪队列。
-
就绪态(Ready)
- 同三态模型中的就绪态。
-
运行态(Running)
- 同三态模型中的运行态。
-
阻塞态(Blocked)
- 同三态模型中的阻塞态。
-
终止态(Terminated)
- 进程完成执行或被操作系统终止。
- 操作系统会回收该进程的资源。
状态转换
- 新建态 → 就绪态:操作系统完成进程的初始化,将其加入就绪队列。
- 就绪态 → 运行态:进程被调度器选择并分配CPU资源。
- 运行态 → 就绪态:时间片用完或更高优先级进程抢占。
- 运行态 → 阻塞态:进程等待外部事件。
- 阻塞态 → 就绪态:外部事件完成,进程从阻塞态转换到就绪态。
- 运行态 → 终止态:进程完成执行或被操作系统终止。
- 阻塞态 → 终止态:进程在阻塞状态下被操作系统强制终止。
三态模型 vs 五态模型
模型 | 状态数量 | 特点 | 适用范围 |
---|---|---|---|
三态模型 | 3 | 简单,适合描述基本的进程调度 | 教学、基础操作系统设计 |
五态模型 | 5 | 详细,适合描述完整进程生命周期 | 现代操作系统、复杂调度场景 |
总结
- 三态模型是理解进程调度的基础模型,适合描述CPU调度和资源分配的简单场景。
- 五态模型是三态模型的扩展,增加了新建态和终止态,适合描述现代操作系统中进程的完整生命周期。
- 五态模型更符合现代操作系统的实际调度机制,尤其是在支持多任务、多用户和复杂调度算法的系统中。
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