进程

前言
一、进程的相关概念
- 1.进程与程序的区别
- 2.并发与并行的区别
二、进程管理
- 1.进程的描述（PCB（Process control black））
- - 1.进程的结构体(PCB)的属性（与进程有关）
  - 2.进程的状态（与CPU相关的属性）
  - 3. 进程的优先级（与CPU相关的属性）
  - 4.进程的上下级
  - 5.进程的记账信息
- 2.PCB的组织
- 3.进程之间的通信
三.小知识：
总结

前言

对于一个后端程序员,在操作系统中,我们与之打交道最多的可能就是进程管理,而对于进程管理,我们首先最重要的就是去了解什么是进程,这篇博客将会仔细讲讲什么是进程,揭开进程的面纱

一、进程的相关概念

我们都知道,我们写的代码,只是一个存储在硬盘的静态文件,只有通过编译后才会变成可执行的二进制文件,当我们运行这个文件时,它会被加载到内存上,然后CPU就去执行每一条指令,那么这个运行中的程序就被称为"进程"

1.进程与程序的区别

在上面我们有说到,一个运行中的程序就被称为进程,所以从这点可知，程序是静态的观念，进程是动态的观念；
程序是永存的,进程是暂时的(有创建,销毁)
进程具有并发性,程序没有
进程是竞争计算机资源的基本单位,程序不是
进程和程序不是一一对应的,多个进程可执行一个程序,当然一个进程也可以执行多个程序(比如网易双开)

2.并发与并行的区别

经过上面学习，我们知道了进程就是在内存上通过CPU去执行可执行文件中的每一条指令，每个指令都有不同的功能，当我们执行到的指令是去硬盘读取文件的时候，这个时候就涉及到了访问磁盘了，也就是IO操作，这个过程是非常慢的，这个时候难道我们就在这等着?当然不是，CPU那么伟大的发明,怎么可能傻傻的去等呢。这时候CPU就会去执行其他进程，当原本读取文件的进程读取结束，发送一个中断，然后CPU回来继续执行。因为这多个程序，交互执行，就产生了CPU管理多个进程的想法，进程交替速度很快，就像并行一样

并发：是一个处理器核交替处理多个进程，但交替很快，就像是多个进程同时执行（但不是并行）
并行：是两个处理器核分别处理一个进程，没有交替（两个进程同时运行）
所以他们的区别在于宏观上和微观上：宏观上并发就是并行，微观上却是不相同的

二、进程管理

所谓的进程管理，其实就分为两步
1.描述一个进程：使用结构体/类，把一个进程有哪些信息，表示出来
2.组织这些进程：使用一定的数据结构，把这些给构体/类，放到一起（双向链表）

1.进程的描述（PCB（Process control black））

1.进程的结构体(PCB)的属性（与进程有关）

PID（Process Identification）每一个进程都需要一个唯一的身份标识（当这个进程终止后，这个标识码会被回收，然后可能赋值给下一个进程）
内存指针：当前这个进程使用的内存是哪一部分，进程要运行起来，就会消耗一定的硬件资源，比如内存，这个内存指针指代使用了哪些内存资源
文件描述符表：硬盘上存储的数据大多都是一文件格为单位进行整理的；进程每打开一个文件，就会产生一个“文件描述符”，一个进程可能会打开多个文件，也就产生了多个“文件描述符”，把这些组合起来放在一个表里保存下来，就形成了一个文件描述符表

2.进程的状态（与CPU相关的属性）

在上面讲到，当一个进程去访问磁盘的时候，会非常耗时，这时CPU就会去执行其他进程，但是在这之前，会保存这个进程的信息（进程的上下文），进程的状态。优先级等

运行状态：这个时刻这个进程占用CPU。
就绪状态：可以运行，但是CPU上有其他进程在运行，所以进入暂时等待
阻塞状态：因为某一原因进入阻塞状态（比如要拿的资源还没获取到）

此外还有另外4种状态
1.创建状态：顾名思义也就是进程创建的那一会儿的状态（准备资源）
2.结束状态：一个进程运行结束后的那一刻状态
3.就绪挂起等待：当内存中阻塞状态的进程很多时。会占用内存空间，于是会把它放入磁盘中等待（等待拿到资源），当拿到资源就会变成就绪挂起等待（等待从磁盘进入内存）
4.阻塞挂起等待：这个状态就是在磁盘中等待拿到资源

3. 进程的优先级（与CPU相关的属性）

进程之间的调度不一定是公平的，也会有优先级之分（即进程抢占 CPU 时的优先级）

比如有的进程比较重要，那么它的优先级会比较高，所以它在CPU上运行的时间占CPU总运行时间的百分比就会很高，而不是很重要的，只需要时不时让他上CPU运行一会就好了，毕竟该程序打开运行了，总得运行一下吧。

4.进程的上下级

上下文，就是描述了当前进程执行到哪里这样的“存档记录”，进程在离开CPU的时候就要把当前运行的中间结果“存档”，等到下次进程在回到CPU上时，再恢复之前的存档，从上次的执行结果继续执行

举例：身为一个居家好男人，做菜是必不可少的技能，当然作者也属于这一类人，于是暑假在家做饭就成了我的小任务，有一天，我在家炖鸡汤，当我把鸡洗干净之后，准备下锅的时候，我的老妈叫我去车库提一下菜，有点重，于是我就记录下现在炖鸡汤到了哪一步（已经洗干净），当我把菜提回来后，我们通过记录（上下文）可知现在鸡应该下锅了。这就是进程上下文的作用了。

然而进程中当然不是记录炖鸡，所谓上下文具体指的就是进程运行过程中,cpu内部的一系列寄存器的值.
寄存器：
存档: 进程离开cpu就需要将寄存器的值保存在PCB上下文字段中
读档: 进程下次回来,cpu再把PCB中的值恢复到寄存器中.

5.进程的记账信息

统计了每个进程在cpu上执行了多久
可以作为调度的参考依据.

2.PCB的组织

对于上面讲到的结构体(PCB)，我们通常使用双向链表来组织这些PCB
根据进程的状态不同分类，
把所有就绪状态的进程连在一起，组成了就绪队列
把所有阻塞状态的进程连在一起，组成了阻塞队列

对于双向链表，这是我们组织PCB常用的组织结构，此外还有索引方式的组织，但是这种不太好，把所有相同状态的进程放入一个索引表。而进程有创建和销毁，即数据结构中的插入和删除，索引方式中的插入和删除很麻烦，但是对于链表就很方便，所以通常选用链表

3.进程之间的通信

（进程并不是直接操作物理内存地址，会产生大问题）

一个进程无法直接干预另一个进程的内容
“进程的独立性”
每个进程有自己的独立空间（大大提升了操作系统的稳定性）

但是有时候，需要进程之间进行交互，相互配合
如果每个进程可以直接访问物理内存，其实是没有隔离性的，也就不需要进程间的通信了，进程1直接把计算的结果写到进程2里就好了

所谓的进程间通信，就是在隔离性的前提下，找一个公共的区域，让两个进程借助这个区域来完成数据的交换
此外操作系统提供的进程之间的通信具体方式有很多种：管道，消息队列，共享内存，信号.....

三.小知识：

CPU寄存器：CPU 内部一个容量小，但是速度极快的内存；
程序计数器：存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。

总结

通过写这篇博客，我理解到了什么是进程，知道了进程与程序的区别，并发与并行的区别，知道了PCB的许多属性，且它们的作用，还对组织这些PCB的数据结构有了理解，知道了进程之间为什么
要有进程之间的通信。受益很大，加油！！！

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