《操作系统 - 清华大学》 8 -5：进程管理：进程生命周期管理
进程的动态特性——生命周期管理详解
在前面的内容中，大致把进程相关知识的第一部分给大家做了介绍，主要围绕进程的静态部分，包括进程到底有哪些组成、具有什么样的特点，以及它是如何表示不同信息的。
接下来，将深入探讨进程的动态特点，也就是进程的状态。进程状态代表着进程生命周期的变化过程。基于此，会从三个方面展开讲解，分别是进程的生命周期管理、进程的状态变化模型，以及进程的挂起模型 。
一、进程的生命周期管理概述
什么是进程生命周期呢？很显然，进程从开始产生到最后结束的整个过程，就是它的生命周期。在这个过程中，主要涉及进程创建、运行、等待、唤醒和结束这几个关键环节，将其统称为进程的生命周期管理。
二、进程创建
进程的创建就如同人类的诞生，总得有个起始点。当操作系统初始启动时，会创建第一个进程，我们称之为 init 进程，这个进程承担着创建其他新进程的重任。
除此之外，还有两种常见的进程创建场景。一是用户发出创建进程的请求，之后操作系统会响应并完成创建操作；二是正在运行的进程，由于自身特殊需求，也会向操作系统发出创建新进程的请求。
当决定创建新进程时，系统会在内存中构建一个 PCB（进程控制块） ，它代表了进程最初始的状态。接着，系统会为其完成一系列初始化工作，填充进程控制块中的相关数据，至此，一个新进程就形成了。不过，新创建的进程并不会立即执行，它需要等待操作系统从众多可以执行的进程（即就绪进程）中选择它，这里就涉及到后续要讲的调度算法，包括何时选择、如何选择等问题。一旦某个就绪进程被选中，它就会从就绪态转变为运行态，占用 CPU 开始执行。
三、进程等待
进程在执行过程中，可能会出现需要等待的情况。例如，当进程要读取硬盘上的文件时，由于硬盘读取数据的速度相较于 CPU 的执行速度非常慢，如果让 CPU 一直等待文件读取完成，会造成资源的极大浪费。此时，进程就需要进入等待状态，让其他就绪进程得以占用 CPU 执行，而该进程自身则等待操作系统将文件读入内存。
另外，如果进程需要与其他进程协同工作，但其他进程尚未执行，导致它无法继续推进，或者进程需要其他数据、资源而暂时无法获取时，同样需要等待。进程进入等待状态，是由自身发起的，因为只有进程自身清楚何时需要等待以及等待的具体事件。当进程进入等待状态后，它便不再占用 CPU 资源。
四、进程唤醒
有等待就会有唤醒。当进程等待的资源得到满足，或者等待的事件发生时，进程就可以继续执行了。此时，进程会从等待状态转变为就绪态，这意味着它又可以被操作系统调度，占用 CPU 执行任务。需要注意的是，处于等待状态的进程自身无法唤醒自己，只能由操作系统或者其他进程来唤醒。
五、进程结束
在进程的整个执行过程中，执行、等待、唤醒这些环节可能会多次重复。当进程完成了所有功能后，就会走向结束。进程结束主要有以下几种情况：
- 正常退出：进程顺利完成所有预定功能后正常结束运行。
- 自身错误退出：进程在执行过程中出现错误，但自身判断无法继续执行，于是主动选择退出。
- 致命错误被强制退出：进程出现严重错误，比如访问其他进程的地址空间，这是操作系统所不允许的，此时操作系统会强制杀死该进程。
- 被其他进程杀死：例如，一些管理进程发现某个进程占用内存过多，影响了整个系统的安全和可靠性，就会将其杀死。
总结
本文详细介绍了进程生命周期管理的各个阶段，包括进程的创建、运行、等待、唤醒和结束。进程的创建有多种触发方式，新进程创建后需经调度才能执行；执行过程中可能因各种原因等待，等待由进程自身发起；等待的进程需被其他进程或操作系统唤醒；进程结束则分为正常退出、自身错误退出、因致命错误被强制退出以及被其他进程杀死这几种情况。理解进程的生命周期管理，有助于深入掌握操作系统中进程的运行机制，为后续学习进程的状态变化模型和挂起模型奠定基础。