2.1 进程的引入
2.1.1程序的顺序执行
1.程序的顺序执行
程序是人们要计算机完成特定功能的一些指令序列，是一个按严格次序、顺序执行的操作序列，是一个静态的概念。
如：有一个程序，要求先输入数据，再做相应的计算，最后输出结果并用打印机打印。分别用I、C、P代表以上3个程序段，这样，上述3个程序段的执行顺序为：
I→C→P。
2．程序顺序执行时的特征
（1）顺序性。
处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即只有前一个程序段完成才执行下一个程序段，上一条指令完成再去执行下一条指令。
（2）封闭性。
程序是在封闭环境下运行的。
程序运行时独占全机资源，资源的状态除初始状态外，只有该程序本身才能改变它。
程序执行的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响。
（3）可再现性。
顺序执行的最终结果可再现。
也就是说它与执行速度及执行的时刻无关，只要输入的初始条件相同，无论何时重复执行该程序，结果都是相同的。
2.1.2 程序的并发执行及其特征
1．并发执行的概念
所谓程序的并发性，是指多道程序在同一时间间隔内同时发生。
程序的并发执行可总结为：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的一种执行方式。
2．程序并发执行时的特征
（1）间断性
程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，以及为完成同一项任务而相互合作，致使这些并发执行的程序之间，形成了相互制约的关系。相互制约将导致并发程序具有“执行——暂停——执行”这种间断性的活动规律。
（2）失去封闭性
程序在并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个运行的程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性。例如，当处理机被某个程序占有时，另一程序必须等待。
（3）不可再现性
在并发环境下，同一个程序执行多次，执行的结果可能不同。
例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N，初值为0。
程序A（）： 程序B（）：
{do {do
N=N+1; print(N);
While(1) While(1)
} }
程序A和程序B以不同的速度运行，出现的结果可能不同。例如，当程序A和程序B运行的速度相近时，打印的结果为1、2、3、…；而当程序A的执行速度是程序B的2倍时，打印的结果可能是2、4、6…。
小结：引入进程的意义
从上例来看，程序在并发执行时，由于失去了封闭性，其计算结果与并发程序的执行速度有关，从而使程序失去了可再现性，程序经过多次执行后，虽然执行时的环境和初始条件相同，但得到的结果却各不相同。
所以，从上面的讨论看，由于程序的顺序性、间断性和不可再现性，用程序作为描述其执行过程以及共享资源的基本单位是不合适的。
这就需要一个既能描述程序的执行过程，又能用来共享资源的基本单位，这个基本单位被称为进程。
2.1.3 进程的定义与特征
1．进程的定义
进程是操作系统中最基本、最重要的概念之一。人们对进程下过许多定义。现列举其中的几种：
（1）进程是程序的一次执行。
（2）进程是可以和别的进程并发执行的计算。
（3）进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程。
（4）进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
（5）进程是动态的，有生命周期的活动。内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡。
综上观点定义为：“并发执行的程序在一个数据集合上的执行过程” 【运行着的程序】
补充：进程和程序之间的关系
进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。程序是规定的工作流程，进程则是实际的工作过程。
它们之间的主要区别是：
（1）程序是静态的概念，而进程则是程序的一次执行过程。它是动态的概念。
（2）进程是一个能独立运行的单位，能与其它进程并发执行；而程序是不能作为一个独立运行的单位而并发执行的。
（3）程序和进程无一一对应的关系。
（4）各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系，而程序本身是静态的，不存在这种异步特征。
2．进程的特征
从进程与程序的区别可以看出，进程具有如下特征：
（1）动态性
动态性是进程最基本的特性。进程由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及因撤消而消亡。
（2）并发性
这是指多个进程实体，同存于内存中，能在一段时间段内同时执行。并发性是进程的重要特征，同时也是操作系统的重要特征。提高并发性，可以提高系统的效率。
（3）独立性
进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。
（4）异步性
这是指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进；或者说，进程按异步方式运行。
（5）结构特征
从结构上看，进程实体是由程序段、数据段及进程控制块三部分组成，也称这三部分为进程映像。
2.1.4 进程的基本状态及转换
进程的动态性由它的状态及状态转换来体现的。
1．进程的三个基本状态
进程通常至少有三种基本状态：
（1）就绪状态（ready）
进程运行所需的外部条件满足，但因为其它进程已占用CPU，所以暂时不能运行。
（2）执行状态(running)
外部条件满足，进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态。
（3）阻塞状态(blocked)
进程因资源无法满足而等待资源，暂时不能运行的状态，称为阻塞状态，也称为等待状态。
系统中处于阻塞状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，也有的系统则根据阻塞原因的不同将这些进程排成多个队列。
2．进程状态的转换
（1）就绪 ----> 执行
对于处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可执行。相应地，它由就绪状态转变为执行状态。
（2）执行 ----> 就绪
正在执行的进程（执行状态）也称为当前进程，如果因分配给它的时间片已用完而被暂停执行时，该进程便由执行状态又回到就绪状态；
（3）执行 ----> 阻塞
一个处在执行状态的进程，如果因等待资源而使进程的执行受阻，使之无法继续执行，该进程将由执行状态转变为阻塞状态。
（4）阻塞 ----> 就绪
一个处于阻塞状态的进程，当它所需的外部事件满足，它应由阻塞状态变为就绪状态。
补充：引入挂起状态时的进程状态------挂起 、激活
除了上述3种基本状态以外，很多系统中又引入了挂起状态。
所谓挂起状态，实际上就是一种静止的状态。一个进程被挂起后，不管它是否在就绪状态，系统都不分配给它处理机。
处于挂起状态的进程要想重新进入到活动状态，必须被激活（即转换为活动状态），然后才有可能执行。
因此在引入挂起状态后，进程之间的状态转换除了四种基本状态转换以外，又增加了以下几种：
（1）活动就绪—挂起—静止就绪。
（2）活动阻塞—挂起—静止阻塞。
（3）静止就绪—激活—活动就绪。
（4）静止阻塞—激活—活动阻塞。
