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