进程基本概念_进程具有结构性

• 什么是进程？
  早期的计算机一次只能执行一个程序，这种程序完全控制系统，并且访问所有系统资源。到了现代，计算机系统允许加载多个程序到内存，以便于并发执行。这就要求操作系统对各种程序提供更严格的控制和更好地划分和规划。这些 需求引发了进程概念的产生，大白话的说，进程就是正在执行的程序，是现代分时操作系统的工作单元。
  操作系统的复杂程度决定它可以为用户带来更好地体验感。虽然它主要它主要关注的是执行用户程序，但是它也要顾及各种系统任务。因此系统会由一组进程组成，操作系统进程和用户进程；操作系统进程执行系统代码，而用户进程执行用户代码。
  通过 CPU 的多路复用，所有这些进程可以并发执行。通过在进程之间切换 CPU，操作系统能使计算机更为高效。

• 前面说，进程是执行的程序，这是一种非正式的说法。进程不只是程序代码（文本段或代码段），通常还包含以下内容：

1. 当前活动，如程序计数器的值和处理器寄存器的内容等。
2. 进程堆栈（包括临时数据，如函数参数、返回地址和局部变量）和数据段（包括全局变量）。
3. 堆，这是在进程运行时动态分配的内存。

• 从操作系统理解进程概念-------先描述，后组织
  为了使参与并发执行的程序能独立的运行，必须为之配置一个专门的数据结构-----task_struct，称为进程控制块（PCB）。系统利用PCB来描述进程的基本情况和运行状态，进而控制和管理进程（也就是组织）进程。 相应地，由程序段、相关数据段和PCB三部分构成了进程映像（进程实体）。所谓创建进程，实质上是创建进程映像中的PCB；而撤销进程，实质上是撤销进程的PCB。值得注意的是，进程映像是静态的，进程则是动态的。
• 进程的唯一标志—PCB
  综上所述，进程的定义大体分为以下几点

1. 进程是程序的一次执行
2. 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
3. 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

• 进程的特征
  进程是由多程序的并发执行而引出的，它和程序是两个截然不同的概念。进程的基本特征是对比单个程序的顺序执行提出的，也是对进程管理提出的基本要求。

  1. 动态性：进程是程序的一次执行，它有着创建、活动、暂停、终止等过程，具有一定的生命周期，是动态地产生、变化和消亡的。动态性是进程最基本的特征。
  2. 并发性：指多个进程实体，同存于内存中，能在一段时间内同时运行，并发性是进程的重要特征，同时也是操作系统的重要特征。引入进程的目的就是为了使程序能与其他进程 的程序并发执行，以提高资源利用率。
  3. 独立性：指进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位。凡未建立PCB的程序都不能作为一个独立的单位参与运行。
  4. 异步性：由于进程的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、 不可预知的速度向前推进。异步性会导致执行结果的不可再现性，为此，在操作系统中必须 配置相应的进程同步机制。
  5. 结构性：每个进程都配置一个PCB对其进行描述。从结构上看，进程实体是由程序段、数据段和进程控制段三部分组成的。

• 进程的状态和转换
  进程在其生命周期内，由于系统中各进程之间的相互制约关系及系统的运行环境的变化，使得进程的状态也在不断地发生变化（一个进程会经历若干种不同状态）。通常进程有以下五种状态，前三种是进程的基本状态。

  1. 运行状态：进程正在处理机上运行。在单处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态。
  2. 就绪状态：进程已处于准备运行的状态，即进程获得了除处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
  3. 阻塞状态，又称等待状态：进程正在等待某一事件而暂停运行，如等待某资源为可用（不包括处理机）或等待输入/输出完成。即使处理机空闲，该进程也不能运行。
  4. 创建状态：进程正在被创建，尚未转到就绪状态。创建进程通常需要多个步骤：首先申请一个空白的PCB，并向PCB中填写一些控制和管理进程的信息；然后由系统为该进程分 配运行时所必需的资源；最后把该进程转入到就绪状态。
  5. 结束状态：进程正从系统中消失，这可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。当进程需要结束运行时，系统首先必须置该进程为结束状态，然后再进一步处理资源释放和 回收等工作。

注意区别就绪状态和等待状态：就绪状态是指进程仅缺少处理机，只要获得处理机资源就立即执行；而等待状态是指进程需要其他资源（除了处理机）或等待某一事件。之所以把处理机和其他资源划分开，是因为在分时系统的时间片轮转机制中，每个进程分到的时间片是若干毫秒。也就是说，进程得到处理机的时间很短且非常频繁，进程在运行过程中实际上是频繁地转换到就绪状态的；而其他资源（如外设）的使用和分配或者某一事件的发生（如I/O操作的完成）对应的时间相对来说很长，进程转换到等待状态的次数也相对较少。这样来看，就绪状态和等待状态是进程生命周期中两个完全不同的状态，很显然需要加以区分。

状态转换说明：
就绪状态 -> 运行状态：处于就绪状态的进程被调度后，获得处理机资源（分派处理机时间片），于是进程由就绪状态转换为运行状态。
运行状态 -> 就绪状态：处于运行状态的进程在时间片用完后，不得不让出处理机，从而进程由运行状态转换为就绪状态。此外，在可剥夺的操作系统中，当有更高优先级的进程就 绪时，调度程度将正执行的进程转换为就绪状态，让更高优先级的进程执行。
运行状态 -> 阻塞状态：当进程请求某一资源（如外设）的使用和分配或等待某一事件的发生（如I/O操作的完成）时，它就从运行状态转换为阻塞状态。进程以系统调用的形式请求操作系统提供服务，这是一种特殊的、由运行用户态程序调用操作系统内核过程的形式。
阻塞状态 -> 就绪状态：当进程等待的事件到来时，如I/O操作结束或中断结束时，中断处理程序必须把相应进程的状态由阻塞状态转换为就绪状态。

• 区分进程与线程的区别：
  线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

• 区分进程与程序：
  程序与进程主要区别在于程序是执行任务的一组指令，是静态的；而进程是执行中的程序，是动态的。并且进程与程序之间存在多对一的关系。即一个程序可以调用
  多个进程，换种说法，也就是多个进程可以是同一个程序的一部分。
  俩者的比较：

• 程序和进程主要区别
  程序是要执行的一组明确的有序操作。另一方面，正在执行的程序的实例是一个进程。
  程序的本质是被动的，因为它在执行之前什么也不做，而进程本质上是动态的或活动的，因为它是执行程序和执行特定操作的实例。
  程序具有更长的使用寿命，因为它存储在磁盘中，直到它不会被手动删除，而进程的生命周期较短且有限，因为它在进程完成后终止。
  在进程中，资源需求要高得多; 它可能需要处理，内存，I / O资源才能成功执行。相反，程序只需要磁盘来存储。