进程和线程

进程和线程

进程基础

1、进程的概念

我们编写的代码只是一个存储在硬盘的静态文件，通过编译后就会生成二进制可执行文件，当我们运行这个可执行文件后，它会被装载到内存中，接着 CPU 会执行程序中的每一条指令，那么这个运行中的程序，就被称为「进

程」（Process）。

根据上面的过程，我们可以得到进程的其中一个定义：进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

2、进程控制块（PCB）

系统通过进程控制块PCB来描述进程的基本情况和运行状态，就进而控制和管理进程，它是进程存在的唯一标识，其包括以下信息：

1. 进程描述信息：进程标识符、用户标识符
2. 进程控制和管理信息：进程当前状态，进程优先级
3. 进程资源分配清单：有关内存地址空间或虚拟地址空间的信息，所打开文件的列表和所使用的 I/O 设备信

息。

1. CPU相关信息：当进程切换时，CPU寄存器的值都被保存在相应PCB中，以便CPU重新执行该进程时能从断

点处继续执行;

PCB通常是通过链表的方式进行组织，把具有相同状态的进程链在一起，组成各种队列。

3、并发与并行

1. 单个处理核在很短时间内分别执行多个进程，称为并发
2. 多个处理核同时执行多个进程称为并行
3. 对于并发来说，CPU需要从一个进程切换到另一个进程，在切换前必须要记录当前进程中运行的状态信息，以

备下次切换回来的时候可以恢复执行。

4、进程的状态切换

我们知道了并发会执行进程的切换，这就需要进程有运行状态和停止状态，实际上某个进程在某个时刻所处的状态分为以下几种状态：

运行态：该时刻进程占用CPU 就绪态：可运行，由于其他进程处于运行状态而暂时停止运行

阻塞态：该进程正在等待某一事件发生（如等待输入/输出操作的完成）而暂时停止运行

当然，进程还有另外两个基本状态：

创建状态（new）：进程正在被创建时的状态；

结束状态（Exit）：进程正在从系统中消失时的状态；

如果有大量处于阻塞状态的进程，进程可能会占用着物理内存空间，所以系统通常会把阻塞状态的进程的物理内存空间换出到硬盘，等需要再次运行的时候，再从硬盘换入到物理内存，那么，就需要一个新的状态，来描述进程没

有占用实际的物理内存空间的情况，这个状态就是挂起状态。这跟阻塞状态是不一样，阻塞状态是等待某个事件的返回。

挂起状态可以分为两种：

阻塞挂起状态：进程在外存（硬盘）并等待某个事件的出现；

就绪挂起状态：进程在外存（硬盘），但只要进入内存，即刻立刻运行；

特点：

1. 只有就绪态和运行态可以相互转换，其它的都是单向转换。就绪态的进程通过调度算法从而获得CPU 时间，

转为运行状态；

1. 运行态的进程，在分配给它的 CPU 时间片用完之后就会转为就绪状态，等待下一次调度。
2. 阻塞态是因缺少需要的资源从而由运行态转换而来，但是该资源不包括 CPU 时间，缺少 CPU 时间会从运行态

转换为就绪态。

1. 当进程等待的外部事件发生时（如一些输入到达），则由阻塞态转换为就绪态，如果此时没有其他进程运行，

则转换为运行态，否则该进程将处于就绪态，等待CPU空闲轮到它运行。

5、进程的上下文切换

一个进程切换到另一个进程运行，称为进程的上下文切换, 进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。

发生进程上下文切换有哪些场景？

进程的时间片耗尽阻塞等待

高优先级进程运行中断处理

进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起

6、进程的创建

一个进程可以创建另一个进程，此时创建者为父进程，被创建的进程为子进程，操作系统创建一个新进程的过程如下：

为新进程分配一个独特的进程控制块（PCB）

为新进程分配所需要的资源，比如内存、CPU时间初始化进程控制块（PCB）的各种字段，包括状态、优先级、寄存器初始值等。

将其状态设置为就绪状态，使其能够被调度执行。进程进入就绪队列，等待分配处理器时间。

7、进程的终止

根据标识符，查找需要终止的进程的 PCB；