684-进程&进程控制&多进程&进程控制块

港控/mmm° 2022-09-16 06:08 161阅读 0赞

## 什么是进程？ ##

进程是由程序变换而来，介绍进程时，需要先从程序说起。  
**（1）当程序没有运行时**  
当程序没有被运行时，该程序（可执行文件）只是存放在硬盘上的静态数据，与你写的word文件中的数据没有本质区别，当然程序只有运行起来后，才能体现出其价值。

**（2）进程就是运行中的程序**  
当程序运行起来后，进程是所有与“程序运行”有关的代码和数据的集合体，简单的理解就是“进程”就是行进中的程序。  
事实上说一个程序就对应一个进程，这个说法有些欠妥，但是目前大家先认为一个程序就对应着一个进程。

**（3）进程也有生有死**  
（a）开始运行为生，运行结束即为死。  
(b）程序好比人，进程好比人生，人活着时的一切就是人生，程序活着时所涉及的一切就是进程。

**（4）进程应包含三部分内容**  
（a）应用程序本身的代码和数据，这一部分称为应用代码部分，习惯称为**应用空间(运行在内存上）**  
（b）应用程序调用OS函数时，所涉及的OS中的代码和数据，这一部分称为**内核代码部分，习惯称为内核空间**  
（c）OS记录的进程在运行时的各种管理信息  
专门进行进程管理的叫**PCB（不是电路板）**，英文为process control block，即**进程控制块**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

## 进程控制 ##

**（1）为什么要进行进程控制**  
在有OS的计算机上，应用程序必须在OS的支持下才能运行，换句话说，必须在OS的控制之下才能运行。

**（2）控制做些啥事情**  
（a）分配内存空间，然后将程序调入内存并启动运行，运行起来后就变成了一个进程。  
（b）OS调度器对其进行调度  
在OS上，众多进程是交替运行的，每个进程只运行一个**ms（毫秒）级**的时间片，在这个时间片内可以占有CPU以运行自己。  
OS上往往会运行很多的应用程序（进程），大家都要占用CPU运行，但是CPU只有一个，大家必须轮流运行，**每个人轮流占用CPU运行一段时间，这个时间被称为时间片（ms级）**，大家轮流交替运行，由于时间片很短，宏观上给人的错觉就是，所有的程序都在独占CPU运行，**但是事实上每个具体的时刻cpu只运行一个程序（进程）。**  
当前进程运行完毕后，下一次轮到谁运行呢，这个时候就需要一个仲裁者，它来决定下一次谁运行，**这个仲裁者就是OS提供的调度器**，负责按照某个规则调度进程的运行，这个调度规则就是调度的优先级算法。  
调度算法有一个核心的地方，就是一定要体现对所有的进程的公平公正，不能让有些进程被宠着一直运行，而另一些进程被打入冷宫，长时间不运行。  
（c）OS进行进程控制时，会负责记录进程从生到死所涉及的各个方面的管理信息，这些控制（管理）信息都记录在了PCB中。  
（d）意外事件处理  
比如当前运行的进程需要键盘输入的数据，但是一直等不到键盘输入的数据，那么调度器会将CPU占有权收回，让出CPU运行另一个进程。  
**（e）当进程运行结束之后，回收内存空间、记录有各方面进程信息的PCB，因为PCB块记录的信息是存在内存中的，显然占据着内存空间，进程死了，肯定就得把占据的这个内存空间收回。**  
这就好比某个农村的人去世了，活着时候被分给的土地和山林就会被收回从新给别人使用，道理是一样的，否者就是占着茅坑不拉屎。

## 多进程并发运行 ##

**在计算机上运行的绝不是只有一个进程，而是很多进程同时并发运行，进程在并发运行时**  
（1）所有进程都是交替运行的，每个进程只运行一个ms级的时间片。  
（2）调度器会根据调度优先级算法，决定下一个时间片运行哪一个进程  
（3）从宏观上看，所有进程是同时并发运行的，但在微观上，在每个时刻，CPU只运行一个进程。

**区别并发与并行：**

**（1）并发**  
多个进程相互交替运行，表面上看所有进程似乎都是同时在运行，但是实际上在每个时间片里，CPU只运行一个进程。  
在早期单核CPU时代，所有的进程都是并发运行的，因为CPU只有一个，所以CPU在每个时间片内也只能运行一个进程。  
**（2）并行**  
并行的意思就是，所有进程同时被CPU执行，在每个时刻CPU同时运行多个进程。  
当然对于单核CPU来说，是不可能做到并行的，只能是并发，不过对于现在多核cpu来说，可以做到并行，不同的CPU核可以同时并行的运行不同的进程。  
**对于现在多核CPU来说，并发与并行是同时存在的。**

## 进程控制块(PCB) ##

**我们说进程是在OS控制下运行的，OS会使用PCB管理各种进程信息，以Linux系统为例，PCB就是一个C语言的结构体，该结构体名叫  
task\_struct，该结构体非常大，成员项达300个左右，用于记录该进程被OS控制运行时的各种管理信息。**

**（1）Linux系统的tasck\_struct结构体**  
图：  
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**（2）task\_struct中的各种进程管理信息**  
（a）进程信息  
**进程ID**：用于唯一标识进程的编号，好比人的身份证号  
**程序名称**：就是可执行文件的名字  
因为进程由程序得到，程序的代码数据被放在了可执行文件中，所以运行的进程名字就是程序名字，而程序名字也就是可执行文件的名字。  
**可执行文件的格式：**  
程序的代码和数据放在了可执行文件中，我们在前面介绍编译器的时候中就说过，在不同操作系统下，需要的可执行文件的格式是不同的，如果操作系统识别到该可执行文件格式不是自己要的，OS就会说“非我族类，其心必异”，将无法运行。  
**格式其实就是一个可执行文件身份识别，比如Windows要求PE格式、Linux要求ELF格式。**  
进程时间：进程什么时候开始运行的  
（b）进程调度信息  
进程运行状态：就绪态，执行态，等待态等  
优先级：进程被调度的优先级，优先级高的会被优先被调度  
调度标志：标记该进程是否被调度  
时间片：运行时间片大小  
（c）文件信息：记录正在被进程操作文件的各种信息  
（d）内存信息：进程运行时所需内存的管理信息  
（e）休眠时间：比如当进程调用sleep函数，进程就会进入休眠。

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