一、操作系统

CPU、存储器、输入设备、输出设备，这些实物看得着摸得到的，都属于 "硬件" 设备。

这些硬件是怎么为我们服务的呢？发明了操作系统

操作系统的核心功能：

对下，要管理各种硬件设备
对上，要给各种软件提供稳定的运行环境

如：Windows、Mac、Android、IOS 都是常见的操作系统，虽然厂商不同，细节上有所差别，但是核心操作都是这两条

操作系统本身就是一个非常复杂的软件，包含了如：内存管理、文件管理、设备管理、进程管理等等操作。其中，"进程管理" 是一个非常重要的概念。

二、进程

2.1 进程的概念

"进程（process）"，有些地方也叫做 "任务（task）"都是同一个意思，是操作系统里面的一个非常重要的概念。

一个正在运行的程序，都是以 "进程" 的方式来体现出来的

通过双击可执行文件（.exe文件），操作系统就会把可执行文件的核心信息加载到内存上，并且开始运行里面的代码，从而形成了一个进程，这个进程就是可执行程序跑起来的模样

现在的电脑，可以有多个进程一起执行起来的，可以打开任务管理器，看看此时电脑的进程：

注意区分"进程" 和 "程序（可执行文件）" 之间的区别：

如：

这是一个进程，是QQ所跑起来的模样（是动态的，被加载到内存中的）

这是一个可执行文件，是静态的，躺在硬盘上的~~

一个计算机的硬盘上，躺着很多的可执行文件，但只有一小部分在运行（变成了进程）

点击可执行文件，那么这个文件在内存上跑起来了，就成了进程

2.2 进程的管理

一个操作系统上，同时跑着许多个进程，有的进程是自己开的，还有的是电脑操作系统自动开的。

既然有这么多的进程，操作系统是怎么进行管理的？

管理的思路就是：先描述再组织

先描述：使用一个类/结构体，把这个东西有啥特征都表示出来~~
再组织：使用一个数据结构，把很多个这样的对象/结构体给整理到一起~~

        比如说，现在有一个需求场景：需要给同学发奖品

        那么，首先需要把这些同学的信息给描述出来，虽然信息有很多，但是我们只需要知道这些同学的学号、姓名就可以了（至于说同学的性别、身高、体重啥的都不关心）；然后可以用数据结构把这些同学组织在一起，然后就可以发奖品啦~~

        类似的，操作系统在进行管理进程的时候，首先用一个结构体把很多进程相关的特征都去进行了一些描述；再用数据结构把这些结构体变量组织在一起。

2.3 PCB

PCB，叫做 "进程控制块" 。它就是一个结构体，这个结构体里就包含了一些表示进程的核心信息。在操作系统内核中，把若干个 PCB 串成了一个双向链表，这就是进程管理的核心模块。

在任务管理器中，看到了许多的进程，本质上每一个进程都是一个PCB，进程与进程之间是通过双向链表串起来的，当我们运行一个进程，就是在链表里面新增一个节点，当我们销毁一个进程，就是在链表里面删除一个节点。

2.3.1 PCB里面的一些属性

pid：进程的身份标识，唯一，类似于 "学号"

一些基本概念：

内存指针：操作系统要把一些必要的数据加载到内存中.

必要的数据：有些是运行的指令（代码），有些是运行时依赖的数据（全局变量）

内存指针就描述了该进程中哪些部分是指令，哪些部分是数据

文件描述符表：表示了当前进程都打开了哪些文件，进程每打开一次文件，就会在文件描述表上记录一些重要的信息。

在代码中打开一个文件，就会在进程的文件描述符表里给这个文件分配一个表项。

可以看作数组，每个元素代表了一个打开的文件，它对应的数组下标就是 "文件描述符"。

所以说，内存指针和文件描述符表就描述了进程有哪些系统的资源，也认为 进程是操作系统中 "资源分配" 的具体单位！！！

2.3.2 进程的调度

进程里面还有一组比较关键的属性，用来实现进程的调度。

进程的优先级
进程的状态
进程的记账信息
进程的上下文

什么是调度：

        本质问题：当前计算机 CPU 能力是有限的，但是进程的数量却比较多，每个进程都需要消耗一定的 CPU资源，操作系统要做到尽可能的公平，这时候就需要进行 "调度"。

        类似于高铁站的 "调度"工作，铁轨就只有几根，但是每天在上面跑的高铁确实有许多的，那么 "调度" 就是要规划好高铁什么时候开，从哪条铁轨上开，从哪里开到哪里......"调度"工作就是需要保证这些高铁之间需要有条不紊的开，相互之间不可以打架~~

        这里的解决方法，就是 "轮流来"，虽然进程的运行速度会受到一定的影响，但是受到的影响相对来说是比较小的，毕竟，CPU的主频是 XX GHz，1秒钟有上几十亿个时钟周期，人是感受不到这么快的切换的。

比如说，此时我正在打开 CSDN，但是 QQ也照样是开着的，表面上看，这些进程在同时执行，其实不然，而是以 "轮流" 的方式占用 CPU 执行。这种方式，我们称之为 "并发式的执行"。

由于 CPU 上有多个核心，每个核心上都可以跑一个进程，某一时刻两个进程在两个 CPU 核心上同时执行，这时宏观上和微观上都是同时执行的。这种方式，称之为 "并行式的执行"。

那么，现在就可以来解释进程里的那些关键属性了~

进程的优先级：cpu资源分配的优先顺序，就是指进程的优先权（priority）。

进程的状态：对于进程来说，有很多的状态，其中最典型的，就是就绪状态和堵塞状态：

就绪状态：进程是准备就绪的，随时都可以让 CPU 执行~
阻塞状态：进程在等待某个任务结束之后，才可以让 CPU 执行；在完成之前，就没法继续执行~

进程的记账信息：记录以往每个进程在 CPU 上执行的时间，当然，也不一定是以执行的时间为单位，也可能是以执行的指令数为单位。

进程的上下文：具体指的就是 CPU 里的一堆寄存器里面的值，上下文就会在进程被切出 CPU 的时候，把寄存器的状态保存到内存里；下次进程回到 CPU 上，就把 PCB 里的上下文读取出来，恢复到 CPU 寄存器中，做到无缝连接

2.3.3 进程的虚拟地址空间

进程，需要调用一些系统的资源，其中的内存资源，就是一个很关键的资源。

每个进程都只能访问到自己的地址空间，相互之间都不会有影响了，哪怕指针指错，操作系统也能及时发现，不会影响到其他的进程。这是一个非常重要的特性：隔离性！！！

现在又引出一个问题：

每个进程都有一个 "虚拟地址空间"，那么一个系统里面的进程有那么多，这些虚拟地址空间加到一起，比物理内存大了，那怎么办呢？

虽然系统里面的进程有很多，但实际上同一时刻进行的进程没有几个！！！
即使同一时刻，有好几个进程在跑，这些进程也不是同时把所有的虚拟内存地址空间的内存都用上了（假设同时有6个进程在跑，很可能每个进程只用了 1M 的内存空间，虽然每个进程的虚拟空间很大，但实际使用的内存只有一小部分，物理内存只需要把真实使用的这部分内存数据给表示出来即可）！！！
极端情况下，同时跑的几个进程同时吃了很多的真实内存，会导致物理内存不够，此时出现这种情况，算 bug，程序员需要想出办法来优化一下内存占用，或者扩容换一个内存更大的机器。

2.3.4 进程间通信

进程引入了隔离性，确实使得系统更稳定了，但是也带来了其他的问题：

如果多个进程之间想要配合工作，就麻烦了，

操作系统又引入了 "进程间通信"，在隔离行的前提下开了个口子，让多个进程之间能相互通信。

操作系统提供的进程通信方式有很多种，但是本质上都是一样的：搞一个多个进程之间都能访问到的公共资源，借助公共资源来进行通信！！！

就类似于之前疫情比较严重的时候，点外卖的时候要求 "无接触配送"，外卖小哥直接把外卖放到一个专门的集中放置的地点，点外卖的人直接去那个地点去取外卖~~