💐什么叫做进程

进程概念：一个已经跑起来的程序就叫做进程；比如你正在使用微信聊天，微信正在运行，这就是一个进程，一个单一的软件不能称为进程

每个进程要想运行，就会消耗一定的系统资源，有的会消耗cpu，有的会消耗内存，有的会消耗磁盘….等等；

每一个进程在执行时，操作系统都会为每一个进程分配资源，而每一个进程所持有的资源都是独立的，不会产生多个进程共享资源的情况；举个例子：

比如：我们去银行办理个人业务时，每个人都会有一个专属的业务员为你服务，你就可以进行取钱等等一系列的操作，这就相当于一个人就是一个进程，每个专属的业务员就是分配的资源；所以就不会出现一个业务员同时为两个人服务的情况，这样，你自己的个人隐私不久全都曝光了么，这样就像多个进程不会共享同一个份资源一样

所以，每一个进程都是系统资源分配的基本单位，什么意思呢？就像在疫情期间，政府为每个家庭发放蔬菜，每个家庭所得到的蔬菜都是一样的，而资源就像是蔬菜，需要给每一个进程分配；在打开一台电脑后，并不是只有几个进程，而是会有上百个进程在运行，那么，既然有这么多进程，操作系统是如何管理的呢？

💐进程在系统中是如何进行管理的

只有某个东西非常多时才会进行管理，如果只有一个两个东西，那么也就不会去考虑管理了，而管理主要从两个角度进行：

1.描述：使用类或结构体，把被管理的一个对象的各个属性都表示出来； 意思就是：你要管理某一个对象，肯定是要管理这个对象里的具体东西，所以就需要把被管理对象中的各个部分给描述出来；

2.组织：使用数据结构把这些表示出来的对象串接起来，为了后序的增删查改

既然要先进行描述，那么在操作系统中会有一个专门的结构体

描述进程的属性，这里为什么要作结构体而不叫做类呢？因为操作系统的内核是由C/C++写的，这个结构体称为“进程控制块”PCB；

使用PCB表述进程属性：一个进程可以使用一个或多个PCB表示 ，系统中会使用类似于双向链表这样的数据结构来组织多个PCB，而创建新的进程就是创建PCB，并且插入到链表中，销毁进程就是把PCB从链表中删除，展示进程列表就相当于遍历链表中的每一个节点；

既然PCB是用来描述进程的许多属性，那么下面就介绍几种比较重要的属性:

💐PCB中一些比较重要的属性

**1.pid:**进程的身份标识，每个进程都会有一个pid，同一时刻，不同进程间的pid是不同的；

2.内存指针(进程持有的内存资源)

因为在程序运行时，会产生大量的的数据，而这些数据都需要保存起来，所以每一个进程在运行的时候，都会分配一定的内存空间，但是这个进程的内存空间具体是在哪里？以及分配的内存空间中都保存了哪些部分？每一个部分都是干啥的？此时就会有一组指针进行区分；

比如：在进程的内存空间中，需要有一部分区域存储要执行的指令，一部分区域存储指令依赖的数据，一部分区域存储一些运行时产生的临时数据；所以就会有一组内存指针来区分；

3.文件描述符表(进程持有的硬盘资源)

因为文件都是存储在硬盘上面的，而我们对硬盘的操作时并不是直接操作硬盘的，在代码方面，我们其实是通过操作文件来使用硬盘的，在硬件方面就称为了操作硬盘。

一个进程也需要涉及到硬盘，所以就需要按照文件的方式向硬盘中写入和读出，所以当前进程关联了哪些文件，都能操作哪些文件，就是通过文件描述符表，近而就描述了进程持有了哪些“硬盘资源”

💐进程持有的CPU资源——进程调度

首先，先理解什么是进程的调度？

早期的操作系统，是一个“单任务操作系统”(单核CPU)，同一时刻只能有一个进程运行，如果想要运行下一个进程，就需要先退出上一个进程，，而进程要执行，就是需要CPU来执行上面的指令，但是对于单核CPU来说，一个CPU核心，同一时刻只能执行同一个进程的指令，这里也可以进行一个比喻，把CPU核心比喻一个舞台，进程比喻成一个演员，指令比喻成剧本，一个演员在讲台上讲课时，其他演员不能去干扰；这样就导致了一个舞台只能有一个演员；

但是，在这种情况下想要让多个任务同时执行该怎么办呢？就有了分时复用(并发)

分时复用**(并发)**：分时复用是站在了时间的维度上进行的，比如在剧本中有很多的“幕”，就像老舍先生的茶馆，一个演员演一幕，让所有的演员轮流上台表演，只要轮流的速度足够快，这也就看起来好像同时在表演一样，

可以打开我们自己的资源管理器看一下：

3.74GHz可以大概理解成每秒执行3亿多条指令，调度的速度也已经够快了，足够许多进程进行调度了，因为这里的速度够快，所以人感知不到这里调度之间的时间差；

所以，站在宏观的的角度上看，两个进度好像是“同时执行”的，但是，在微观的角度上，两个进程是轮流调度执行的；

现在电脑的CPU都已经是多核心的，就相当于有很多个舞台，就像我这台电脑就是有4个

所以，两个进程可以在两个或着多个CPU核心上同时执行，在微观的角度，两个进程是同时执行的，这种情况称为“并行”

相比之下，多个进程在一个CPU核心上快速的轮流调度执行，在宏观上，它们是“同时执行的”， 在微观上，有先后顺序，这种情况称为“并发”

上述的并发 和 并行 在程序员写代码的时候是感知不到的，都是系统内部在执行，底层是并行还是并发，对代码都没有什么区别的影响，所以程序员不用去区分那么细，一般只要没有什么特殊的说明的话，就会将并行+并发 统称为并发；

在目前多核CPU的时代，并发编程是非常重要的，而为了完成进程的调度，PCB中引入了一些属性来支持操作系统实现进程调度的效果，以下有四个重要属性：

1. 进程的状态

进程的状态这里主要针对两种重要的状态进行讲解分别是：就绪状态、阻塞状态

1、就绪状态：

这里给大家举一个例子：假设我是一个妹子，现在呢有三个同学正在追我，分别是 A同学：有钱、B同学：长得帅、C同学：会舔，但是呢，这三个人都有各自的优点，而我都想要，所以呢，我就同时脚踏三只船，周一、周二和A同学约会，周三、周四和B同学约会，周五和C同学约会，而且，默认情况下这三个同学都是随叫随到，呼之即来挥之即去；这种情况称为“就绪状态”，进程时刻准备好，去CPU上执行；

就绪状态，具体有两种情况：

1进程正在CPU上执行（今天周一，我正在和A约会）

2.虽然进程没在CPU上执行，但是时刻准备着去CPU上执行（今天周一，我没和B约会，但是只要我召唤B，B也会马上来）

2、阻塞状态

某个进程由于某种条件不具备(比如在等待用户输入等)，就导致这个进程暂时无法参与CPU的调度执行；

例如：有一天A要去出差一个月，显然这段时间A同学没办法和我约会，此时A就处于“阻塞状态”

2.进程的优先级

操作系统在调度很多的进程时，并不是一视同仁的，而是有些进程会给更高的优先级，优先调度，假如 我现在正在玩英雄联盟和运行着QQ，那么，英雄联盟的优先级要高于QQ，因为对于游戏来讲，我们需要一个系统实时的快速响应，但是QQ呢，只需要将它挂在后台收消息即可，晚收个一两秒也没什么关系，但是，如果打游戏放技能晚个一两秒，那么这游戏就没办法玩了；

3.进程的上下文

进程从CPU上离开之前，需要保存现场，把当前CPU中各中寄存器的状态都记录到内存中，等到下次进程回到CPU上执行的时候，此时就会把内存中这些保存的只恢复回去，进程就会沿着上次执行到的位置继续往后执行，其实也就像我们玩单机游戏时的存档、读档

4.进程的记账信息

通过优先级机制，对不同的进程分配了不同权重的资源，但是，有可能出现极端的情况，所有的资源都给了某一个进程，其他的进程一点也没得到，所以就会有记账信息来记录当前进程持有的CPU的情况（在CPU执行了多久）就可以作为操作系统调度进程的参考依据，如果监测到某个进程所持有的CPU资源较少，操作系统就会进行调整，防止某个进程出现卡死情况；

以上只是PCB中一些重要的属性，但是PCB中的属性远不止这些，以上四种属性主要是为了完成进程的调度；

💐内存分配——内存管理

在早期的系统上，程序运行时分配的内存是”物理内存“；

物理内存就可以理解成由几个宿舍楼组成，每个宿舍楼都有一个编号，每个编号就是一个内存地址，所谓的分配内存就是直接从物理内存上直接分配，但是就会导致一个问题—内存访问越界问题：

为了避免上述情况，操作系统就引入了 **“虚拟地址空间”**的概念，操作系统不是直接分配物理内存了，而先分配了虚拟的内存空间，这就相当于系统对内存进行了一层抽象，什么意思呢？就比如：进程在操作硬盘时，并不能直接对硬盘进行操作，而是通过对文件的操作变成对硬盘的操作，而文件就是对硬盘这种硬件设备的一种抽象；

同理，使用虚拟地址空间对物理空间进行了一层抽象，通过对虚拟地址空间的操作从而转变成对物理空间的操作，而中间的转变步骤大致如下：

所以，借助于这种机制，就有效的避免了内存越界访问的情况；

通过上述方式，把进程之间给隔离开了，进程之间就无法互相访问，交互数据，但是，如果某个需求中，需要多个进程之间相互配合，那该怎么办呢？

此处就需要引入一个新的机制，来实现进程之间的相互通信，核心思想就是，借助一个公共的空间，完成数据的交互，就比如在疫情时，我们要买菜，通常给老板发一个微信，然后老板就把菜放到指定的区域，并不会直接送到家里，这个指定的区域就是一个公共的空间；