操作系统重要知识清单：一起来搞懂进程呀！！

进程定义

程序：程序就是一个指令序列

引入多道程序技术之后：为了方便操作系统管理，完成各程序并发执行，引入了进程、进程实体的概念。

内存中同时放入多道程序，各个程序的代码、运算数据存放的位置不同。擦欧总系统要怎么才能找到各个程序的存放位置呢？

系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各种信息（如程序代码存放位置）

PCB、程序端、数据段三部分构成了进程实体（进程映像）。一般情况下，把进程实体就简称为进程；例如：所谓创建进程，市值上是创建进程实体中的PCB；而撤销进程，实质上是撤销进程实体中的PCB.

PCB是进程存在的唯一标志！！

从不同角度进程可以有不同的定义（但都在强调“动态性”）：

进程是程序的一次执行过程。
进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。
进程是具有独立功能的程序在数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

进程的组成

PCB：

---进程描述信息:

----------进程标识符PID：

当进程被创建时，操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的ID、用于区分不同的进程

----------用户标识符UID：

标识进程所属的用户是谁

---进程控制和管理信息:

----------进程当前状态

----------进程优先级

---资源分配清单

----------程序段指针

----------数据段指针

----------键盘

----------鼠标

---处理机相关信息

----------各种寄存器值

当进程切换时需要把进程当前的运行情况记录下来保存在PCB中，如程序计数器的值表示了当前程序执行到了哪一句。

进程的组织

在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理，应该用适当的方式把这些PCB组织起来。

注：进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题。

链接方式：

索引方式：

进程得特征

进程和程序是两个截然不同得概念，相比于程序，进程拥有以下特征：

动态性：进程是程序得一次执行过程，是动态得产生、变化和消亡的
并发性：内存中有多个进程实体，各进程可并发执行
独立性：进程是能独立运行、独立获得资源、独立接收调度的基本单位；资源分配和接受调度的基本单位
异步性：各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题
结构性：每个进程都会配置一个PCB。结构上看，进程由程序段、数据段、PCB组成

进程的状态

进程是程序的一次执行。在这个执行过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态。

运行态：占用CPU，并在CPU上运行
就绪态：已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，而暂时不能运行；（万事俱备,只欠CPU）
阻塞态（等待态）：因等待某一事件而暂时不能运行(CPU是计算机中最昂贵的不见，为了提高CPU的利用率，需要先将进程需要的其他资源分配到位才能得到CPU的服务)
创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源、初始化PCB
终止态：进程正在从系统中撤销，操作系统会回收进程拥有的资源、撤销PCB

操作系统需要完成创建进程。操作系统为该进程分配所需的内存空间等系统资源，并为其创建、初始化PCB（如：为进程分配PID）

进程状态的转换

进程控制

进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

简单理解：反正进程控制就是要实现进程状态转换

如果PCB的标识状态和这个进程所处的队列不一致就会发生很严重的问题，所以有了原语！

原语实现进程控制。原语的特点是执行期间不允许中断，只能一气呵成。这种不可被中断的操作即原子操作。

原语采用“关中断指令”和“开中断指令”实现

原语运行在核心态

显然，关/开中断指令的权限非常大，必然是允许在核心态下执行的特权指令

学习技巧：进程控制会导致进程状态的转换。无论哪个原语，要做的无非三类事情：

1.更新PCB中的信息（如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境）

所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
某进程开始运行前必然要恢复运行环境

2.将PCB插入合适的队列

3.分配/回收资源

进程通信

进程通信就是指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。

为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的安全通信，操作系统提供了一些方法。

1.共享存储

2.管道通信

“管道”是指用于连接读写进程的一个共享文件，又名pipe文件。其实就是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区

管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
各进程要互斥地访问管道
数据以字节流得形式写入通道，当管道写满时，写进程得write()系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走后，管道变空，此时读进程得read()系统调用将被阻塞。
如果没写满，就不允许读。如果没读空，就不允许写。
数据一旦被读出，就从管道中被抛弃，这就意味着读进程最多只能有一个，否则可能会有读错数据得情况。

3.消息传递

进程间得数据交换以格式化得消息为单位。进程通过操作系统提供得“发送消息/接收消息“两个原语进行数据交换。