面试题：进程管理之进程状态转换原理

Question

请详细描述进程在运行态、就绪态和阻塞态之间转换的条件和过程，并举例说明在哪些实际场景下会发生这些状态转换。

Answer 1

运行态、就绪态和阻塞态转换条件及过程

1. 运行态 -> 就绪态
   • 条件：时间片用完或有更高优先级的进程进入就绪队列。
   • 过程：当进程的时间片用完，调度器会暂停当前进程的执行，将其状态从运行态变为就绪态，并把它放入就绪队列。若有更高优先级进程进入就绪队列，调度器可能会抢占当前运行进程的CPU，将其置为就绪态。
2. 运行态 -> 阻塞态
   • 条件：进程等待某种事件（如I/O操作完成、信号量获取等）发生。
   • 过程：当进程发起I/O请求（如读取文件），由于I/O操作速度慢，进程不能继续执行，于是操作系统将该进程状态改为阻塞态，并把它放入阻塞队列，此时进程让出CPU。
3. 阻塞态 -> 就绪态
   • 条件：所等待的事件发生（如I/O操作完成、信号量可用等）。
   • 过程：当阻塞进程等待的事件完成，比如I/O操作结束，操作系统会将该进程从阻塞队列移到就绪队列，其状态变为就绪态，等待CPU调度执行。
4. 就绪态 -> 运行态
   • 条件：调度器选中该就绪态进程。
   • 过程：调度器从就绪队列中选择一个进程，为其分配CPU资源，该进程状态变为运行态，开始在CPU上执行。

实际场景举例

1. 运行态 -> 就绪态
   • 场景：在分时操作系统中，多个用户进程共享CPU。如系统中有三个进程A、B、C，进程A正在运行，时间片到后，调度器暂停A的执行，将其放入就绪队列，此时A从运行态变为就绪态，调度器可能接着调度B进入运行态。
2. 运行态 -> 阻塞态
   • 场景：一个网络爬虫进程正在运行，当它发起下载网页的请求时，需要等待网络响应。此时进程进入阻塞态，让出CPU，操作系统可调度其他就绪态进程运行。
3. 阻塞态 -> 就绪态
   • 场景：上述网络爬虫进程等待下载网页，当网络数据到达，下载完成，该进程所等待的事件发生，操作系统将其从阻塞队列移到就绪队列，变为就绪态等待CPU调度继续处理下载的数据。
4. 就绪态 -> 运行态
   • 场景：系统启动后，多个后台服务进程处于就绪态等待调度。当调度器根据调度算法（如先来先服务）选中其中一个进程，该进程就从就绪态变为运行态，开始执行服务任务。