【多线程】进程调度的基本过程

1. 什么是进程/任务（Process/Task）

操作系统本身是一个大的话题，是一个非常复杂的软件

操作系统中的功能非常多，其中有一个功能模块，叫做进程管理。

那么什么是进程（process）/任务（task）？

一个运行起来的程序，就是进程。

进程管理

为什么需要进程管理？因为进程多了，才需要管理

所谓的管理，其实就是分两步：

1. 描述一个进程：使用结构体/类，把一个进程有哪些信息表示出来
2. 组织这些进程：使用一定的数据结构，把这些结构体/对象，放到一起

例如

一个学校中有很多的学生，学生很多，需要进行管理

第一步：明确每个学生的相关属性信息

第二步：通过一定的数据结构把这些学生的信息存放起来（例如表格）

2. 描述一个进程

描述进程的结构体里面有哪些属性？（属性非常多，只是挑几个核心的）

描述进程的结构体叫PCB（process control block）——进程控制块

那么PCB里面有哪些属性呢？

1. pid（process identity）进程标识

   每个进程需要有一个唯一的身份标识

2. 内存指针：当前这个进程使用的内存是哪一部分。（标志了进程运行的时候，使用了哪些内存上的资源）

   进程运行起来，就需要消耗一定的硬件资源，比如，内存

3. 文件描述符表（标志了进程运行的时候，使用了哪些硬盘上的资源）

文件描述符表，是一个顺序表，存储的元素是文件描述符。
文件描述符和文件相关。

文件：硬盘上存储的数据，往往就是以文件为单位进行整理的

进程每次打开一个文件，就会产生一个”文件描述符“（标识了这个被打开的文件）

一个进程可能会打开很多文件，对应一组文件描述符。

把这些文件描述符放到一个顺序表这样的结构里，就构成文件描述符表

4. 接下来这一组属性，都是描述和cpu资源相关的属性

   这些属性都是辅助进行进程调度的。

3. 什么是进程调度？

程序能够运行，全靠cpu。那么cpu怎么运行呢？我们经常听到描述cpu是8核16线程。意思是8个物理核心，16个逻辑核心。8个干活的人，能够干16个人的活。但是这个也是不够的，因为我们的进程有上百个

因此我们有了，“并行”和“并发”两个概念

并行：同一时刻，两个核心，同时执行两个进程，此时这两个进程就是“并行”执行的

并发：一个核心，先执行进程1，执行一会之后，再去执行进程2，再执行一会之后，再去执行进程3，此时只要这里的切换速度足够快，看起来进程123就是“同时”执行的

此时，虽然只有16个核心，也可以通过“并行+并发”方式，同时执行很多个任务了。不过“并行+并发”完全是操作系统自身控制的，程序员感知不到，所以很多时候，就把 “并行+并发”统称为并发

为了保证进程并发时候的进程切换的足够高效，这个时候就需要进程调度。

3.1 进程状态

简单认为，进程状态主要是这两个：就绪态和阻塞态

就绪态：该进程已经准备好，随时可以上cpu执行

阻塞态：该进程暂时无法上cpu执行

3.2 进程的优先级

进程之间的调度不一定是“公平”的，有的进程要优先调度

3.3 进程的上下文

上下文，就是描述当前进程执行到哪里这样的“存档记录”

进程在离开cpu的时候就要把当前运行的中间结果进行“存档”

等到下次进程回到cpu的时候，再恢复之前的“存档”，从上次的结果继续往后执行

这里“存档记录”就是进程运行过程中，cpu内部的一系列寄存器的值

注意1：cpu中存空间的地方，我们叫做寄存器，寄存器有很多种，其中最典型的作用就是保存当前进程执行的中间结果，包括进程运行到哪一条指令，进程离开cpu，就需要把这些寄存器的值保存到PCB的上下文字段中，进程下次回来cpu，再把PCB中的值给恢复到寄存器中。

注意2：cpu上有哪些寄存器，这些寄存器的含义是什么，不做过多讨论，我们不太关注底层

3.4 进程的记账信息

统计了每个进程，在cpu上执行了多久

可以作为调度的参考依据

PCB的属性是非常多的，我们只是讲了几个重点来介绍

4. 组织这些进程

操作系统往往使用双向链表这样的结构来组织pcb

换言之

1. 创建一个进程，就是创建一个链表的节点
2. 销毁一个进程，就是把链表的节点给删除
3. 遍历进程列表，就是在遍历链表

因此进程调度的过程就是操作系统描述进程，调度进程，组织进程的过程。