进程知识点，只需这一篇

前言

你的进程，为啥挂了？进程挂了，这个问题大家并不陌生。学完这篇，你会对进程有一定了解。后面碰到进程挂的情况，你很快能找到对应解决思路。

进程在操作系统中，是一个很重要的概念。你熟悉操作系统，能避免一些坑，写出高质量的代码。

windows界面设置真炫酷，不多说。下面用动画加文字的方式，给大家讲述。

为什么需要进程

通常程序不能并发执行，因为程序并发执行的结果，是不可再现的。为了使程序，可以并发执行，且能对其加以描述和控制，引入了进程的概念。

上面把小人比作程序，操作系统中一次只能跑一个程序，除非引入进程。

进程的特征和定义

进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配调度的独立单位。

结构特征：为了使程序能够独立运行，应配置一个进程控制块PCB。进程是由程序段，相关的数据段和PCB（进程控制块）三部分构成的。

动态性：进程是程序的一次执行，由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡，进程存在一定的生命周期。

并发性：多个进程实体，同存在于内存中，且能在一段时间内同时运行。

独立性：进程实体，是一个能独立运行，独立分配资源，独立接收调度的基本单位。

异步性：进程按自己独立的不可预知的速度推进。

下面动画，把小人比作进程，展示的进程的创建，销毁，动态性，并发性，独立性，异步性。

进程的状态及转换

创建：保证进程的调度，必须在创建工作完成以后，再进行。确保，对进程控制块PCB操作的完整性。

就绪：进程已分配到除CPU外的所有必要资源。

执行：进程已获得CPU，其指令集正在执行。

阻塞/挂起
正在执行的进程由于发生某事件导致暂时无法继续执行。

终止：等待其他进程收集完信息后，将删除该进程，清空PCB并返还给系统。

下面是进程状态图：

PCB进程控制块

独立运行基本单位的标志：创建进程时创建PCB，进程结束时回PCB，进程随之消亡。系统是通过PCB，感知进程的存在。PCB已成为，进程存在于系统中的唯一标志。

实现间断性运行方式：进程暂停运行时，必须保留，运行时的CPU等相关信息。进程被再次运行时，需恢复CPU等相关信息。

提供进程管理需要的信息：当进程开始运行时，根据该进程PCB中，记录的程序和数据，在内存或外存中起始地址指针，找到相应的程序和数据。

提供进程调度需要的信息：只有处于就绪状态的进程，才能被调度。而进程的状态就记录在PCB中、以及优先级、等待时间、已执行时间等其他信息。

实现与其他进程的同步与通信：进程同步机制，用于实现多进程协调运行。在PCB中，具有实现进程通信的区域或通信队列指针等。

PCB进程控制块中的信息：PCB中的信息大致上可分为4类，分别是：进程标识符、CPU状态、调度信息、控制信息。

进程标识符：分外部标识符和内部标识符，外部标识符即进程名称，可由父进程指定，通常包括字符和数字的组成。内部标识符，由操作系统提供的，具有唯一性的进程ID。

CPU状态：主要由各种寄存器中内容组成，如通用寄存器、指令计数器（下一条指令的地址）、程序状态（状态信息、条件码、执行方式、屏蔽中断等标志）和栈指针（指向用于存放过程和系统调用参数及调用地址的系统栈的栈顶）构成。

调度信息：包含进程状态、进程优先级、其他信息、事件（阻塞原因）。
进程状态，是进程调度和对换时的依据，优先级高的进程，应优先获得CPU执行。

控制进程所必须的信息，包括程序和数据的存储地址，以便调度该进程执行时，能从PCB中找到其程序和数据，进程同步和通信机制，如消息队列、信号量等。

进程的创建和终止过程

创建进程过程：向操作系统申请空白PCB及进程ID、分配运行所需的资源、初始化PCB、等待插入进程调度就绪队列。

相关资源或从操作系统或从父进程获得，资源需求需提前告知，操作系统或父进程好为其分配资源。

PCB至少有2种信息需要初始化
1.标识信息，即将本进程ID和父进程ID填入PCB控制块中
2.状态信息，指令计数器指向程序的入口地址、栈指针指向栈顶控制信息。

进程的终止分为：读取进程状态、终止进程、终止子孙进程、释放资源、移出PCB队列。
操作系统通过进程ID从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。

如果该进程状态为执行态，则终止进程的执行，并重置调度标志位真。
如果该进程拥有子孙进程，则一并将所有子孙进程终止，防止子孙进程成为僵尸进程等不可控的进程。

接着释放资源，将资源归还给操作系统或父进程。最后就是移出PCB队列了，等待其他进程搜集信息。

进程阻塞和唤醒的事件
1.请求系统服务而得不到满足时，如问系统请求打印。

2.启动的操作需同步时：如该操作和请求该操作的进程需同步运行。

3.新数据尚未到达：如进程A写，进程B读，则A未写，完B不能读。

4.无新工作可做。

进程的挂起和激活
1.进程的挂起过程，由进程自己，或其父进程suspend原语完成。将该进程PCB移到指定区域，注意状态的改变，有可能要重新调度。

2.进程的激活过程，激活active原语激活进程。激活原语将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态并进行相应操作。

进程同步

临界资源
一旦有对资源的共享，就必然涉及竞争限制。
临界资源用来表示一种，公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。
但是每一次，只能有一个线程使用它。一旦临界资源被占用，其他线程，要想使用这个资源，就必须等待。

进程同步的主要任务是，对多个相关进程，在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间，能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行，具有可再现性。

临界区
有了临界资源的概念，就很容易理解临界区的概念。在程序中，所有的操作，都是通过代码执行的，访问临界资源的那段代码就是临界区

处理竞争或者合作依赖导致的制约
空闲让进：对于临界资源，如果空闲没有被使用，谁来了之后都可以使用

忙则等待：如果临界资源正在被使用，那么其他后来者就需要进行等待。

有限等待：要求访问临界资源的进程，应保证有限时间内，能进入自己的临界区，自己不能傻傻的等

让权等待：如果无法进入自己的临界区时，应立即释放处理机，而不能占着CPU死等，你死等就算了，别人却也不能用了。

锁

锁
锁就是对资源施加控制，锁指的是一种控制权。
当进入临界区时，我们称之为获得锁，获得锁之后就可以访问临界资源。

其他线程想要进入临界区，也需要先获得锁。
当前线程结束后，将会释放锁，别的线程就可以获取这个资源的锁。

死锁
锁表示一种控制权，对临界资源的访问权限。

如果临界资源不止一个，就可能出现：需要先后访问两种临界资源A和B，thread1获得了A线程的锁之后，等待获得B的锁，但是thread2获得了资源B的锁，在等待A资源的锁，这就出现了互相等待的情况。

解决方案
AND型信号量机制就是用于解决这种多共享资源下的同步问题的。
将进程在整个运行过程中，需要的所有资源，一次性全部地分配给进程，待进程使用完后再一起释放。

只要尚有一个资源未能分配给进程，其它所有可能为之分配的资源，也不分配给它。
也就是对，若干个临界资源的分配，采取原子操作方式：要么把它所请求的资源全部分配到进程，要么一个也不分配。

下面动画展示，两个小人，都要使用资源1和资源2，才能达到对面。
左边小人战友资源1，右边小人占有资源2。他们占有当前资源，再去获取对方的资源时，就会产生死锁的情况。

进程间通信

如果两个进程，想要知道对方在干嘛，或者进行协调运行，就需要进程间通信。下面介绍一下常见的进程间通信方式。

无名管道：管道是一种半双工的通信方式。数据只能单向流动，而且只能在，具有亲缘关系的进程间使用。进程间的亲缘关系，通常指父子进程关系。

有名管道：有名管道也是，半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

消息队列：消息队列是有消息的链表，存放在内核中，并由消息队列标识符标识。它克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字符流以及缓冲区大小受限等特点。

信号量：是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享内存的访问。它作为一种锁机制，防止某个进程，正在访问共享资源的时候，其他进程也访问该资源，造成资源抢占。

信号：一种较复杂的通信方式，用于通知和接收进程某个事件的发生。

共享内存：是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。

套接字：是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

絮叨

上面介绍了一些进程相关的基础知识，希望能帮到大家。
进程，作为操作系统中的重要概念，不管在工作还是面试中，都会涉及到。

祝大家学习愉快！

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