深入理解进程（一）—— 进程基本概念

进程基本概念

一、进程是什么？

两个角度来理解：

1. 对于用户来说： 进程就是一个正在运行的程序
2. 对操作系统来说： 进程就是一个正在运行的程序的信息的描述集合，我们一般称它为 pcb，这个pcb实际上是一个名为：task_struct的结构体。所以对于操作系统来说，一个个进程就是一个个pcb。

用户在点击程序或文件后，程序或者文件就会运行，首先文件中的数据就会拷贝一份放入内存中，同时操作系统会创建一个PCB(创建pcb就是创建进程），PCB中会有一个内存指针指向该内存，CPU通过PCB就能对进程控制和管理

二、进程中都有什么信息？

上面说了进程是一个信息的集合，那么这个集合中包含那些信息呢？下面大致举一些基础的信息，一个进程中包含的信息有很多，远不止下面所说的。

1. 内存指针： 指向了该程序在内存的位置，操作系统就是通过该指针从而找到该程序的位置，以便可以运行它
2. 程序计数器 ：实际上这是一个寄存器，该寄存器中存放的是下一条即将执行的指令的地址
3. 上下文数据： 当发生进程切换或者是某些中断命令传来时，操作系统会保存一些数据，以便当下次切换回来时，可以继续从之前未执行的地方开始执行，而这些数据就叫做上下文数据。
4. 优先级：哪个进程的优先级越高，那么就越先执行哪个进程
5. 进程状态：下面会单独提出来说
6. 进程的标识符PID：可以把它理解成一个人的名字一样，就是通过这个名字来区分不同的进程

三、进程的状态有哪写？

1. 进程的基本状态：（任何操作系统中都会有的）

​ （1）运行： 在工作中，执行程序

​ （2）阻塞： 因某个事件，比如中断事件，此时该进程就会停下来，不会继续向下执行代码。例如，程序中的一段代码要求用户输入一个字母，那么当进程执行到此处时，就会停下来等待用户输入字母（陷入阻塞），直到用户在键盘上敲击了一个字母，此时操作系统才会让进程继续向下执行。阻塞时，该进程会让出CPU，因为谁也不知道，你会多久输入字母，如果你一小时之后再输入字母，难道要让其他的进程等小时吗？所以操作系统不会浪费这段时间，因此会将CPU让给其他进程，让他们先执行。

​ （3）就绪： 此时进程已经进入到了就绪队列中，除了CPU之外，其他所需的所有资源已经全部得到。也是就是说，只需要得到CPU，那么就可以开始运行

2. 进程之间的状态演化图

解析：

​ 进程创建后并且拿到除CPU之外的所有资源就会进入就绪队列，此时就处于就绪态。当它经过操作系统的调度拿到CPU后，就处于运行态。若是在时间片之内执行完程序，那么该进程就会被直接撤销；若是在时间片之内没有执行完程序，那么等到时间片结束就会直接进入就绪队列，等待下次获得CPU，继续执行；若是在运行期间有中断事件到来，比如说IO事件，那么该进程就会陷入阻塞，让出CPU，直到IO事件结束，该进程才会重新进入就绪队列，等待CPU的到来。

3. LInux下的进程状态

（1）运行态 R： 就绪/运行，运行状态的进程才能被操作系统调度CPU运行

（2）可中断休眠态 S： 当前的阻塞能够被中断唤醒

（3）不可中断休眠态 D： 当前的阻塞不会被中断唤醒

（4）停止态 T： 停止运行什么都不干

（5）僵死态 Z： 进程已经退出，但是资源没有完全被释放

（休眠状态于停止的区别在于：休眠状态是有工作的，他的工作就是休眠，而停止是没有工作的，什么也没干）

四、在Linux下与进程有关的命令

1. ps -ef——查看进程信息
2. ps -aux——查看进程信息，但是信息比上面的信息更加详细
3. kill 进程号——杀死进程
4. kill -9 进程号——强制杀死进程

五、特殊的进程

1. 僵尸进程：处于僵死状态的进程

   ​ （1）产生原因:子进程先于父进程退出，退出原因（返回值）保存在pcb中，操作系统检测到进程退出后，通知父进程，但是父进程可能并没有关注子进程退出，这时候操作系统不能随意的释放子进程的资源（因为父进程可能会关心子进程退出的原因），因此子进程就处于退出但是资源没有完全释放的状态（僵死）

   ​ （2）危害： 资源泄露，僵尸进程过多会导致新进程无法创建

   ​ （3）解决： 干掉父进程（退出原因的保留已经毫无意义）

2. 孤儿进程：

   ​ （1）产生原因： 父进程先于子进程退出，子进程成为孤儿进程。

   ​ （2）结果： 被init进程收养，到后台运行。init进程的PID是1，在系统启动时，由内核创建的，他不会终止，是所有进程的祖先

3. 守护进程（精灵进程）：本质上是一个孤儿进程

六、要区分的几个问题

1.库函数与系统调用接口的关系：库函数是对系统调用的一层封装，他们是上下级的关系

（1）系统调用接口： 由操作系统提供，供上层开发使用

（2）库函数： 对部分系统调用进行部分封装

2. 操作系统、pcb、cpu之间的关系？

​ 操作系统认为哪一个程序运行，就会找到该程序的pcb，根据pcb中的信息将该程序所需要的资源加载到寄存器中，并且将cpu分配给它，cpu只负责运行时的计算，并不对这些进程进行管理，也就是说，什么时候进程停下来，什么时候运行哪个进程，什么时候加载哪一个进程这些都是操作系统来进行的

3. 区别并发和并行

并行： 同时执行。多个进程可以同时执行，前提是多核CPU才具备此功能

并发： 一个CPU轮流来处理多个进程，只不过处理每个进程的时间非常的短，给人一种多个进程在同时运行的错觉