【进程管理】初识进程

news2024/11/19 22:33:15

一.何为进程

教材一般会给出这样的答案:

运行起来的程序或者内存中的程序

这样说太抽象了，那我问程序和进程有什么区别呢？诶？这我知道，书上说，动态的叫进程，静态的叫程序。那么静态和动态又是什么意思呢？且听我慢慢道来。

二.先描述，再组织

我们编译完成，运行之前的程序是放在哪的呢？不用说，肯定在磁盘上。我们常常听说，要想运行一个程序，首先要将它加载到内存，这是由冯诺依曼体系结构决定的，因为CPU读取数据肯定要和内存交换，如果和外设打交道速度就太慢了。

程序本质上也就是各种各样的数据，所谓的加载就是把磁盘上的程序拷贝到内存中。所以这就变成进程了？这就有动态属性了？凭什么呢？

我们知道，当电脑开机了，肯定有一个软件肯定已经加载到内存了，那就是操作系统。那么当我们在Windows上双击一个程序或者在LInux上点斜杠启动一个程序时，操作系统就会帮我们把数据从磁盘搬到内存，这样内存中的程序就变成“进程”了。

我们还可以同时启动多个程序，所以操作系统内可能同时存在多个“进程”

当进程变得越来越多的时候，操作系统必须要将这些进程有条不紊地管理起来。怎么管理？还是上篇文章的六字箴言，“先描述，再组织”。

描述是在干什么？就是把要管理的对象的属性信息罗列出来，而操作系统是C语言写的，所以描述就是创建struct结构体，里面包含进程的各种属性，一个进程对应一个结构体。组织又是在干什么？就是将描述出来的信息以某种数据结构来组织以方便管理，所以组织就是将struct结构体以链表的方式链接起来。

所以说，操作系统对进程的管理，就变成对链表的管理，其中链表的一个个结点就对应着一个个进程。接下来，我们重点来关注这个结构体。

三.进程的PCB

这个描述进程的结构体，在大多数操作系统的教材里都把它叫做进程的PCB（process control block）。书上说一个进程被创建时，该进程必须要有对应得到PCB，但是却没有告诉我们为什么要有PCB。到这里就可以得出结论了，因为操作系统要对进程进行管理，要想管理，就得先描述再组织，而PCB就是用来描述进程的。

那么PCB结构体里有哪些信息呢？里面的信息很多，这里先简单列举几个（后续的学习都会围绕里面的信息来展开）

首先一个进程有一个id编号，这个用来标识一个进程，就像你在大学有一个自己的学号。

其次还有代码地址，通过这个地址可以找到进程对应的代码，也就是从磁盘拷贝进入内存的程序，程序在执行时会在内存中产生数据（例如创建一个个变量），因此还有数据地址。

进程未来肯定是会被CPU调度的，因此会存在状态和优先级这样的概念。比如你作为一个大学生，在学校里会有学习状态和休闲状态，什么样的状态决定你做什么样的事。你会有很多的任务，这些任务会有优先级，什么先做，什么后做。

链接字段就像我们学习链表时的prev，next指针，通过这些链接字段操作系统可以找到上一个或下一个PCB。

四.再谈进程

我们来梳理一下前面的内容，再来谈一谈什么是进程。

一个程序最开始是在磁盘上，当我们双击它时，操作系统会将代码拷贝到内存中，但操作系统还要能管理进程，所以程序加载进来之后还要为其创建PCB，其中包含能够找到代码和数据的指针字段，所以PCB指向对应的代码和数据。同时PCB里还有链接字段，所以一个个分散的PCB就被以链表的形式组织起来，这样一来操作系统对进程的管理工作就变成了对链表的增删查改。

所以未来CPU想要调度一个进程，它回去直接找拷贝到内存的程序吗？不会的，有什么可找的？一个个长的都差不多！CPU会去找PCB，然后通过PCB找到对应的代码和数据，这样就能愉快地执行了。

当有一天我想要关闭一个进程时，操作系统会把内存中的代码和数据释放，然后把这个进程的PCB从链表中移除出去，这样操作系统就不再对它进行管理了。