计算机进程概念

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-03-26 19:10 11阅读 0赞

### 认识操作系统 ###

对于操作系统(Operate System)来说,需要连接好上下两方面

1.对下,要管理好各种硬件设备

2.对上,要给软件提供稳定的运行环境

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如果某个软件程序想要操作某个设备,此时就需要通过操作系统来进行完成.

**对于操作系统,有一个很重要的工作,就是进程管理.**

### 进程(process) / 任务(task) ###

进程是通过双击.exe文件 程序就会跑起来,形成一个进程.

所谓进程资源的管理

1.描述一个进程: **使用结构体/ 类** \*\*\*(Windows / Linux 底层是C写的因此这里写结构体),\*\*\*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.

比如:

学生管理系统

1.确定每个学生相关属性信息

2.通过一定数据结构把这些学生的信息都放起来(比如表格..)

对于该结构体 有专门的名字 :

#### PCB (process control block) 进程控制模块 ####

##### 1.Pid (process id) #####

每个进程要有专门的 唯一的身份标识

##### 2.内存指针 #####

描述了当前使用的内存是哪一部分

(进程要跑起来,就需要消耗一定的硬件资源,比如内存)

##### 3.文件描述符表 #####

文件:比如硬盘上存储的数据就是以文件来存储的

(进程运行的时候,使用了哪些硬盘上的资源)

*  由 2,3 得出 进程的运行,需要从操作系统这里申请资源

*  **进程是操作系统进行资源分配的基本单位(此处涉及到的资源包括 不限于 内存,硬盘,CPU 等等)**

##### 4.进程调度 #####

接下来这一组的属性,都是描述和CPU资源相关的属性,这些属性都是辅助进行的

首先了解两个概念:

1.  并行

同意时刻 两个核心 同时执行两个进程,此时这俩进程就是并行执行的

1.  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,在执行一会之后,再去执行进程3

**此时只要这里的切换速度够快 看起俩进程1,2,3就是"同时" 进行. *(微观不是同时,宏观是同时,也就是调度的足够快,就是"同时")***

此时,虽然只有一部分核心,也可以同时执行多个任务

**但是程序员是感知不到的,完全是操作系统所控制的,因此这里并行 + 并发统称为 并发.**.

a) 进程状态

简单认为 进程的状态主要有两个:

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.

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b) 进程的优先级

进程之间的调度 不一定是"公平"的 有一些需要优先调度(优先级问题)

--------------------

c) 进程的上下文

上下文就相当于表述了当前进程执行到哪里这样的"存档记录"

进程在离开CPU的时候就把当前运行的中间结果"存档"

等到下次进程回来CPU上,再回复之前的"存档",从上次结果继续往后执行

这里所谓的上下文 具体指的就是进程运行的过程中,CPU内部的一系列**寄存器**的值

***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(存档),进程下次回来CPU再把PCB中的值恢复到寄存器中(读档)***

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d) 进程的记账信息

统计了每个进程,在CPU上执行了多少次 可以作为调度的参考依据

操作系统往往使用双向链表 这样的结构来组织PCB

1.  创建一个进程,就是创建了一个链表的节点

1.  销毁一个进程,就是把链表的节点给删除了.

1.  遍历进程列表,就是遍历链表

--------------------

**内存分配 -- 内存管理(Memory Manage)**

操作系统给进程分配的内存,是以\*\*"虚拟地址空间"\*\*的方式进行分配的

每个进程访问的内存地址,都不是真实的物理内存的地址

假设进程操作的代码的内存地址是一段区域内,

这里访问的内存就会被操作系统**自动映射**到真实的物理内存上,但是进程自身感受不到该地址是不是物理地址

此时会有一个**页表**来进行翻译你对内存的任何操作,如果出现"野指针"情况 超出分配的内存地址范围,发现页表上没有该地址,因此无法翻译,也就无法真正修改物理内存,也就不会对别的进程的内存数据造成干扰.

**因此最大的目的就是为了方便效验,方便知道当前的地址是否有效.**

***一个进程无法直接干预另一个进程的内存内容, 也就是 " 进程的独立性 " ( 每个进程有自己独立的地址空间 )***

***大大提升了操作系统的"稳定性"***

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**进程间通信(Inter Process Communication)**

有的时候,需要进程之间进行交互,进行配合

如果每个进程可以直接访问物理内存,其实没有隔离性,也就不需要进程间通信,进程1直接把算好的结果,写道进程2的内存里就行.

***所谓进程间通信(操作系统提供的进程间通信具体实现方式有很多种: 管道,消息队列,共享信息,信号..),就是隔离性的前提之下,找下一个公共的区域,让两个进程借助这个公共区域(也就是通信方式)来完成数据交换***.

### 进程和线程 ###

所谓并发编程,就是同一个时刻运行多个任务,做多件事.

**进程: 是比较"重量级" 速度慢/消耗资源高**

创建一个进程 成本较高

销毁一个进程 成本较高

调度一个进程 成本较高 -> **因此,多进程编程,可以解决并发编程的问题,但不是一个高效的选择.**

**线程:**

是轻量级进程 , 主要体现在 **资源分配**上

*  资源分配

**对于进程:**

1.  比如系统要给进程分配一块内存,系统就需要遍历自己的空闲内存的表(数据结构)

找到一个大小差不多的空间进行分配

1.  很多个进程都在问系统申请资源 系统进行资源分配的时候得**一个一个来.**

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**对于线程**

约定 一个进程可以包含多个线程,此时这多个线程来说每个线程都是一个独立可以调度执行"执行流"

**(这些执行流之间本身就是并发的)**

同时这些线程共同使用一份系统资源

***(这就意味着,对于线程而言,系统资源是已经分配好了的,创建线程就剩下了分配资源开销)***

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