二、进程的定义、组成、组成方式及特征_进程的组成部分必须包含

一、进程的定义

1.1 进程的定义

程序：就是一个指令序列

 早期的计算机只支持单道程序
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引入多道程序技术后: 系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB),用来描述进程的各种信息（如程序代码存放位置）

为了方便操作系统管理，完成个程序并发执行，引入了进程、进程实体的概念

进程实体（进程映像）：程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体（进程映像）。一般情况下，我们把进程实实体体就简称为进程。例如，所谓创建进程，是创建进程实体中的PCB;而撤销进程就是撤销进程实体中的PCB.
注意：PCB是进程中存在的唯一标志。

从不同角度，进程可以有不同的定义，比较传统典型的定义有：
三者皆强调动态性

• 进程是程序的一次执行过程。
• 进程是一个程序及其数据再处理机上顺序执行时所发生的活动
• 进程是具有独立功能的程序在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。

1.2 进程的组成

进程（进程实体） 由程序段、数据段、PCB 三部分组成

1.2.1 PCB 所管理的各种信息

1.3 进程的组织

在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理，应该用适当的方式把这些PCB组织起来。

注:进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题

1.3.1 链接方式

1.3.2 索引方式

1.4 进程的特征

进程和程序是连个截然不同的概念，相比于程序，进程拥有以下特征：

1.5 小结

二、进程的状态和转换

2.1 进程的状态

2.1.1进程的三种基本状态

进程是程序的一次执行。在这个执行的过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理的划分为几种状态。
进程的三种基本状态：运行态、就绪态、阻塞态

注意：注意:单核处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行态。(双核环境下可以同时有两个进程处于运行态)

进程的另外两种状态：

2.2 进程状态的转换

注意:不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态(因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然需要进程在运行时才能发出这种请求)

2.3 小结

三、进程控制

3.1 什么是进程控制

进程控制的主要功能就是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建进程、撤销进程、实现进程状态转换的功能。
简化理解：进程控制就是要实现进程的状态转换

3.2 如何实现进程控 制

3.2.1 什么是原语

用原语实现进程控制。原语的特点就是执行期间不允许中断，只能一气呵成。
这种不可被中断的操作即原子操作
原语采用”关中断指令“和”开中断指令“实现
显然，关/开中断指令的权限非常大，必然是只允许在核心态下执行的特权指令

3.2.2 原语如何实现进程控制

进程控制会导致进程状态的切换，无论哪个原语，要做的无非就是三类事情：

1. 更新PCB中的信息（如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境）
   • 所有的进程控制原语一定会修改进程的状态标志
   • 剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
   • 某进程开始运行前必然要恢复其运行环境
2. 将PCB插入合适的队列
3. 分配/回收资源

3.2.3 原语实现对进程的操作

1.原语实现进程创建

2.原语实现进程的终止

3.原语实现进程的阻塞和唤醒

4.原语实现进程切换

3.3 小结

四、进程通信

4.1 什么是进程通信

进程通信就是指进程之间的信息交换。
进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。

为保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的安全通信，操作系统提供了一些方法。

4.2 进程通信的方式

4.2.1 共享存储

4.2.2 管道通信

1.管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
2.各进程要互斥地访问管道。
3.数据以字符流的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将被阻塞。
4.如果没写满，就不允许读。如果没读空，就不允许写。
5.数据一旦被读出，就从管道中被拋弃，这就意味着读进程最多只能有一个，否则可能会有读错数据的情况。

4.2.3 消息传递

4.3 小结

五、什么是线程，为什么要引入线程

5.1线程的定义

• 可以把线程理解为“轻量级进程”。
• 线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。
• 引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务(如QQ视频、文字聊天、传文件)
• **进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元(**如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。

5.2 带来的变化

5.3 线程的属性

5.4 线程的实现方式

5.4.1 用户级线程

用户级线程由应用程序通过线程库实现。
所有的线程管理工作都由应用程序负责(包括线程切换)用户级线程中，线程切换可以在用户态下即完成，无需操作系统干预。
在用户看来，是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。(用户级线程对用户不透明，对操作系统透明)可以这样理解，“用户级线程” 就是“从用户视角看能看到的线程”

5.4.2 内核级线程

内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。
线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。可以这样理解，“内核级线程” 就是“从操.作系统内核视角看能看到的线程”

重点
操作系统只看见”内核级线程“，因此只有内核级线程才是处理机的分配单位

5.5 多线程模型

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。

5.5.1 多对一模型

多对一模型: 多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用 户进程只对应一个内核级
线程。
**优点:**用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高
**缺点:**当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行

5.5.2 一对一模型

一对一模型:一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同
数量的内核级线程。
**优点:**当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核
处理机上并行执行。
**缺点:**一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到
核心态，因此线程管理的成本高，开销大。

5.5.3 多对多模型

多对多模型: n用户及线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。
克服了多对一模型并发度不高的缺点，又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点。

5.6 小结