我们日常使用计算机,大致可以抽象成如下形式:自上向下依次是 各种软件>>操作系统>>硬件设备,其中中间的操作系统扮演着承上启下,举足轻重的作用,操作系统中提供的功能是非常复杂的,操作系统中针对"进程"这个软件资源的管理,首先我们要记住的就是,"进程"是系统分配资源的最小单元.

啥是进程

进程可以简单理解为跑起来的一个个程序,就比如你现在在阅读我的博客,那么你正在使用的CSDN或者是浏览器就是一个进程.

.exe叫做可执行文件,这些可执行文件都是静静躺在硬盘上的文件,双击之前
没有任何影响,一旦双击执行exe文件,操作系统就会把exe加载到内存中,并且
让CPU执行exe内部的一些指令,exe里面就存了很多这个程序对应的二进制指令 ,之前我们稍微说过冯诺依曼体系,这是我们理解操作系统的基础.
当exe执行起来,不躺了,开始进行具体的工作,变成动态的了,我们把运行起来的可执行文件称为"进程".

看看进程

通过任务管理器,我们可以看到好多好多进程,所以当你迷茫的时候,不清楚进程的时候打开任务管理器,会有惊喜!!

操作系统如何管理进程

1.先描述一个进程(明确出一个进程上面的一些相关属性).
操作系统里面主要通过C/C++来实现,此处的描述就使用C中的结构体(像Java类).都是编程语言中提供的自定义类型,结构体功能更简单,操作系统中描述的这个结构体,称为"PCB"(process control block)进程控制块

2.再组织若干个进程(使用一些数据结构,把很多描述进程的信息放到一起方便增删改查)典型的实现,就是使用双向链表来把每个进程的PCB给串起来.
创建进程:先创建出PCB,然后把PCB加到双向链表中,
销毁进程:就是找到链表上的PCB,然后删除,
查看任务管理器:就是遍历链表,

PCB中的一些属性

pid(进程id)

进程的身份标识,就是进程的身份证

内存指针

指明了这个进程要执行的代码/指令在内存的位置,以及这个进程执行中依赖的数据的位置.
当运行一个exe,此时操作系统就会把这个exe加载到内存中,变成进程 (进程要执行的二进制指令(通过编译器生成),还有一些重要数据)

文件描述符表

程序运行过程中,经常要和文件打交道(文件在硬盘上的)操作文件就是在操作硬盘
我们很直观地就可以感受到,想要马儿跑就要给马儿吃草,你操作系统想要进程工作,必然要给我们的进程分配系统资源.

进程调度

进程调度:现在的操作系统一般都是"多任务操作系统"(前身单任务操作系统),
一个系统同一时间执行了很多的任务
系统上任务(进程)的数量有很多,但是CPU核数就几个,让有限的核心能够执行
很多的进程,这就是"进程调度"

并行和并发:

并行:微观上,两个CPU核心,同时执行两个任务的代码
并发:微观上,一个CPU核心,先执行进程一,然后二然后三…然后一
只要切换到足够快,宏观上看起来,就好像多任务在同时执行

并行和并发这两件事只有在微观上有区分,宏观上我们区分不了,微观上的区分
都是操作系统自行调度的结果,有可能是并行,有可能是并发,有可能两个一起

正因为在宏观上区分不了并行并发,我们在写代码的时候也不去具体区分这两
个词,实际上通常使用"并发"这个词来代指并行+并发.
我们只有在研究操作系统进程调度的时候,稍做区分,其他就使用并发作为统称.

时间管理大师:A rich B handsome C dog

通过一张时间表,安排好时间,避免同一时刻三个人碰面
宏观上看来, 我谈了三个,微观上看来,同一时间我只和一个对象在一起
并发,规划时间的过程,也就是"调度"的过程

进程调度的特性

下面我们讲的这一组特性,不同于进程本身的pid,内存指针,文件描述符表这三个,而是我们在调度进程时需要知道的特征!

状态:

描述了当前这个进程接下来应该怎么样调度:
就绪状态:随时可以去CPU上执行
阻塞/睡眠状态:暂时不可以去CPU上执行
Linux中的进程状态还有很多

正常情况下ABC都是随叫随到的,这就叫做就绪状态
假设A要出差一个月,就认为A是阻塞/睡眠状态,这样的进程就不进行调度

优先级:

先给谁分配时间,给谁分的多
我最喜欢B其次是A最后才是C
这是我在排时间表的时候,优先给B
周一到周三给B周四周五和A周六和C周天休息

记账信息:

统计了每个进程都分别被执行了多久,都执行了哪些指令,分别排队等了多久
给进程调度提供指导依据的,
如果长此以往,和C时间太少,C的好感度就不高了,根据本子上排的时间发现
给C的时间太少了,接下来适当给点甜头

上下文:

就表示了上次进程被调度出CPU的时候,当时程序的执行状态,下次上CPU的时候
就可以恢复之前的状态,然后继续往下执行.
进程被调度出CPU之前,要先把CPU中所有的寄存器中的数据都给保存到内存中
(PCB的上下文字段中),相当于存档了,下次进程再被调度上CPU的时候就可以
从刚才的内存中,恢复这些数据到寄存器中
就是存档和读档,存档存储的游戏信息就是"上下文"
A说让我做点准备买点泳衣B让我准备礼物,过了几天A问我的时候,我给记混了
怎么区分开?记到小本子上,把每次约会的信息记录下来,下次见面的时候就可以
延续上次约会的状态

这样的故事在操作系统中无时无刻不在发生

进程的调度,其实就是操作系统在考虑CPU资源该如何给各个进程分配

虚拟地址空间

内存资源又是如何分配的呢?
虚拟地址空间
由于操作系统上同时运行着很多个进程,如果某个进程出现了Bug,是不会影响
到其他进程的,是"进程的独立性"保证了这一点,依仗了"虚拟地址空间"
如果某个居民阳了,是否会影响到其他的居民?
一旦发现有人阳了,就需要立刻封楼封小区,否则其他人也有危险
这个情况就类似于早期的操作系统,早期的操作系统,里面的进程都是访问同一个
内存的地址空间,如果某个进程出现了Bug,把某个内存的地址给写错了,就可能
引起其他进程的崩溃
解决方案就是把这个院子,给划分出很多的道路,这些道路之间彼此隔离开,每个
人走各自的道路,这个时候就没事,此时即使有人确诊,也影响不到别人

如果把进程按照虚拟地址空间的方式给划分出很多份,这个时候虽然每一份只有
一丁点,虽然系统有百八十个进程,但是实际上从微观上看,同时执行的进程只有
几个,其实每个进程能够分到的内存还是不少的,而且另一方面,进程也不是所有
的进程都用那么多内存,有的内存大,大多数进程也就是M的量级

只要保证划分出来的道路能够满足同时下楼的人数即可.

进程间交互

虽然我们进程是有独立性的,但是不可能一台电脑上所有进程之间都是老死不相往来的态度,人是社会性生物,我觉得计算机同样如此,就比如我可以在QQ里面打开别的程序,这难道不能算是进程间的一次交互嘛?
我们的两个进程之间,也是隔离开的,也是不能直接交互的,操作系统也是提供了
类似的"公共空间",进程A把数据先放到公共空间上,进程B再取走
进程间通讯
操作系统中,提供的"公共空间"有很多种,各有千秋,有的存储空间大,有的小
有的速度快,有的慢
操作系统中提供了很多种这样的进程间通信机制(有些机制属于历史遗留,
已经不适合于现在的程序开发)

现在最主要使用的进程间通信方式有:
1.文件操作
2.网络操作(socket)

好了,希望我的这篇博客可以解决您对于进程的一些困惑!
百年大道,你我共勉!!