程序是一些保存在磁盘上的指令的有序集合，是静态的，说白了就是一堆有逻辑的代码。包装成一个软件。

一、进程

是程序一次执行的过程。每个进程有自己独立的内存空间，一个进程有多个线程。

并行和并发对比：

字面意思而言，并发表示线程同时开始，代表的是事件；而并行表示线程同时执行，代表的是过程或者活动。

并行：将多个线程分配或者指定到不同的处理器上同时执行。

并发：指的是在单处理器系统上线程在微观串行执行，而在宏观并发执行。

一句话：单核多任务并发执行；多核多任务并行执行

进程的状态（3+3）

运行状态（Running）：此时进程占用CPU。

就绪状态（Ready）：可运行，由于其他进程占用CPU而暂时停止运行。

阻塞状态（Blocked）：该进程正在等待某一事件（如输入输出操作的完成）而暂时停止运行。此时即使给它CPU控制权，也无法运行。

创建状态（New）：进程正在被创建时的状态。

结束状态（Exit）：进程正从系统消失时的状态。

挂起状态

进程没有实际占用内存空间，而是被换到硬盘。

阻塞挂起状态：进程在外存（硬盘），等待某个事件。

就绪挂起状态：进程在外存（硬盘），只要进入内存立刻运行。

挂起总结（三种原因）

#系统资源紧张（如内存不够）进程暂时存在外存

#用sleep让进程间歇性挂起，工作原理是设置一个定时器，到期后唤醒进程。

#用户希望挂起进程，如linux ctl+z挂起进程。

进程的控制结构

进程控制块（PCB）：OS中描述进程的数据结构。

PCB是进程存在的唯一标识。

PCB包含的信息：

1、进程描述信息：

进程标示符（PID）：标示各个进程，每个进程都有唯一的标识符。

用户标识符（UID）：标示进程所属的用户，UID为共享和保护服务。

2、进程控制和管理信息：

进程状态：new、ready、running、blocked、exit

进程优先级：进程抢占CPU时的优先级

3、资源分配清单：

内存地址空间或虚拟地址空间信息，所打开文件的列表，所使用的I/O设备信息。

4、CPU信息：

CPU中各寄存器的值。当进程被切换，CPU中的状态信息被保存在对应的PCB中，进程重新执行时从断点处开始执行。

PCB组织方式

通过链表的方式组织，相同状态的进程链在一起，组成各种队列。

有就绪队列，阻塞队列。

进程的控制

进程的创建、终止、阻塞、唤醒四个过程。

创建进程时，分配资源、建立 PCB；终止进程时，回收资源、撤销 PCB；进程切换时，保存当前进程的状态信息；

01创建进程

OS允许一个进程创建另一个进程，并且允许子进程继承父进程所拥有的资源。

*申请空白PCB，填写进程控制管理信息

*为该进程分配运行时所需资源，如内存资源

*将PCB插入到就绪队列，等待被调度运行

02终止进程

三种终止方式：正常结束，异常结束，外界干预（信号kill掉）

当子进程被终止，其继承父进程的资源还给父进程。当父进程被终止，其子进程变成孤儿进程，会被1号进程收养，并完成对孤儿进程状态信息收集工作。

*查找需终止进程的PCB

*终止执行

*子进程交给1号进程接管

*该进程所拥有全部资源还给OS

*将其从所在PCB队列删除

03阻塞进程

当进程需要等待某一事件完成，调用阻塞语句使自己进入阻塞等待，当进入阻塞状态，只能由其他进程唤醒。

*找到要被阻塞的进程的PID对应的PCB

*若该进程当前运行状态，保护现场并进入阻塞状态

*讲该PCB插入到阻塞队列

04唤醒进程

进入阻塞状态的进程不可能自己唤醒自己，只能是发现者进程用唤醒语句叫醒他

*在该事件的阻塞队列中找到对应的PCB

*将其从阻塞队列中移除，状态改为就绪状态

*将该PCB插入到就绪队列，等待调度程序调度

进程的上下文切换

进程的上下文切换：CPU中一个进程切换到另一个进程运行。

CPU上下文：CPU寄存器和程序计数器是CPU运行任何任务前必须依赖的环境，此环境即为XXX。

CPU上下文切换：把前一个任务的CPU上下文保存起来，加载新任务的CPU上下文到寄存器、PC，最后跳转到PC所指的新位置，执行新任务。

此处任务包含：进程、线程、中断。

CPU上下文切换包含：进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换。

进程由内核管理调度，所以进程切换只能发生在内核态。

进程切换主要包含：

用户空间资源：虚拟内存、栈、全局变量

内核空间资源：内核堆栈、寄存器

进程切换时期

*时间片耗尽

*系统资源不足，进程被挂起

*进程通过睡眠函数sleep主动将自己挂起

*更高优先级进程运行

*执行中断服务程序

二、线程

线程是进程当中的一条执行流程。

同类的多个线程共享进程的堆和方法区，每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。

堆和方法区：

堆和方法区是所有线程共享的资源，其中堆是进程中最大的一块内存，主要用于存放新创建的对象 (所有对象都在这里分配内存)，方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

程序计数器私有目的：线程切换后可恢复到正确的执行位置。（多线程下PC记录当前线程执行位置）

虚拟机栈和本地方法栈私有目的：保证线程中的局部变量不被其他线程访问到。

线程的上下文切换

#当线程不属于同一进程，线程上下文切换和进程上下文切换一样。

#当线程属于同一进程，共享的堆方法区资源不变，只有私有资源才上下文切换。

线程的实现

用户线程（UT）：在用户空间实现的线程，由用户态的线程库完成对线程的管理。

内核线程（KT）：在内核中实现，由内核管理。

轻量级进程（LWT）：在内核中来支持用户线程。（内核支持的用户线程）

用户线程由线程库管理，OS只可看见PCB看不见TCB。因此用户线程整个线程的管理和调度，操作系统不直接参与，而是由用户级线程库函数来实现线程的创建、终止、同步、调度等。

用户线程优点：

*TCB由用户级线程库函数维护，可用于不支持线程技术的操作系统。

*用户线程的切换由也线程库函数完成，无需用户态内核态切换，速度快。

用户线程缺点：

*由于只有OS有CPU控制权，但是用户线程不由OS管理，因此线程占用CPU运行只有主动退出，其他线程才能运行。

*由于OS不参与线程的调度，当一个线程发起系统调用而阻塞，则该线程所在进程的其他线程也不能执行了。

内核线程有操作系统管理，线程对应的TCB放在操作系统里，线程的创建终止、管理由OS负责。

内核线程优点：

*内核线程由OS管理，一个进程中某线程发起系统调用而被阻塞，不影响其他内核线程。

*多内核线程的进程获得更多CPU时间

内核进程缺点：

*在支持内核线程的OS中，由内核负责进程和线程的上下文信息，如PCB，TCB。

*内核线程的创建终止切换由系统调用方式进行，因此系统开销较大。

轻量级进程？？？？？？？？？？？

此处知识点感觉怪怪的直接看原讲解

5.1 进程、线程基础知识 | 小林coding

进程和线程区别总结：

根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位；线程是处理器任务调度和执行的基本单位。

影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

三、调度

调度程序（scheduler）：在操作系统中完成选择一个进程运行这一功能。

TIP ！

线程才是OS调度单位！此处进程是指进程的主线程，所以调度主线程就等于调度进程。

主要是操作系统相关书籍，都是用进程调度这个名字，所以博客也沿用了这个名字

调度时机

在进程的生命周期中，进程从一个状态变化到另一个状态时就会触发一次调度。

以下状态的变化都会触发操作系统的调度：

从就绪态 -> 运行态：当进程被创建时，会进入到就绪队列，操作系统会从就绪队列选择一个进程运行；
从运行态 -> 阻塞态：当进程发生 I/O 事件而阻塞时，操作系统必须选择另外一个进程运行；
从运行态 -> 结束态：当进程退出结束后，操作系统得从就绪队列选择另外一个进程运行；

如果硬件时钟提供某个频率的周期性中断，那么可以根据如何处理时钟中断，把调度算法分为两类：

非抢占式调度算法挑选一个进程，然后让该进程运行直到被阻塞，或者直到该进程退出，才会调用另外一个进程，也就是说不会理时钟中断这个事情。
抢占式调度算法挑选一个进程，然后让该进程只运行某段时间，如果在该时段结束时，该进程仍然在运行时，则会把它挂起，接着调度程序从就绪队列挑选另外一个进程。这种抢占式调度处理，需要在时间间隔的末端发生时钟中断，以便把 CPU 控制返回给调度程序进行调度，也就是常说的时间片机制。