进程调度的基本过程讲解

什么是进程

什么是进程呢？我们说一个运行起来的程序就是一个进程，打开任务管理器就可以看见在后台运行了哪些进程，以及他们所占用资源的情况。

什么是进程管理

为什么要进程管理呢？通过上图我们发现在后台运行了许多的进程，进程多了就需要管理，所谓的管理分为两步：

1、描述一个进程：使用结构体或者类，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，把这些结构体或者对象放到一起

上述进程管理的过程类似于学校的学生管理系统，学生管理系统首先要收集学生的信息，其次要使用一定数据结构将这些学生信息组织起来。

进程的调度

要了解进程调度，就需要对进程有更深度的了解，那么描述进程的结构体有哪些属性呢？

pid
pid是每一个进程的身份证，是他们唯一的身份标识

内存指针
内存指针描述了进程在运行时使用了哪些内存资源

文件描述符表
硬盘上的数据通常是以文件的形式进行整理的，而进程每次打开一个文件，就会产生一个文件描述符标记这个文件已经被打开，而一个进程的运行需要打开很多文件，这些文件描述符使用顺序表汇总起来就构成文件描述符表。简单来讲，文件描述符表描述了进程在运行的时候消耗哪些硬盘资源。

一个进程的运行需要硬件资源的支持，操作系统为进程分配资源，我们可以说进程就是系统进行资源分配的基本单位，而这些属性就描述了进程消耗了哪些资源例如：内存、硬盘、CPU，下面一些属性都是描述和CPU资源相关的属性：

进程状态
就绪态：该进程随时可以上cpu执行
阻塞态：该进程暂时无法上cpu执行

进程的优先级
进程与进程之间是有优先级的，有的进程先调用有的后调用

进程的上下文
这个属性类似于存档记录，进程离开CPU的时候把当前运行的中间结果存档，当下次进程再次在CPU上运行时，从上次存档的地方继续运行。

进程的记账信息
记录进程在CPU上运行多长时间，并且进行调整，可以作为调度的依据，如果时间比一般该进程运行的时间短，就进行相应的操作延长进程运行时间，保持一般状态。

那么这些属性如何影响进程对CPU上的资源的占用呢？大家一定都买过电脑，买电脑时对CPU的评价有一个类似8核心16线程的描述，这是什么意思呢？我们可以把CPU比作一个工厂，这16个线程就是工厂中干活的人，我们的进程就是需要干的活，我们发现只有16个工人但是我们有100多个活需要干，如何操作呢？操作系统采用了并行 + 并发的形式来完成操作。

并行就是同一时刻两个工人，同时干两个活
并发就是一个工人，一会干活1，一会干活2，并且切换速度极快，看起来就是活1跟活2一起执行的。

此时上面的属性就可以决定哪个进程执行，哪个不执行，哪个执行时间长，哪个执行时间短，从而影响了进程的调度。

进程管理第二步是使用数据结构组织进程，使用了什么数据结构呢？操作系统往往使用双向链表这样的数据结构来组织进程。

1、创建一个进程，就是创建了一个链表的节点
2、销毁一个进程，就是把链表的节点给删除了
3、遍历进程列表，就是在遍历链表

内存分配

通过上面的描述我们知道，进程的运行会消耗资源，内存资源也不例外，但是操作系统分配的内存是以虚拟地址的方式进行分配的，每个进程访问的都不是真实的物理地址。

类似于上图，进程获得的虚拟地址需要通过页表进行翻译才可以访问到物理地址，这样设计的好处是可以增加进程之间的隔离性，一个进程挂了不会影响到另一个进程。如果直接访问物理地址很有可能，进程之间会相互影响。

进程间的通信

进程有时需要相互之间进行配合操作，如果每个进程都是直接访问内存那么就可以直接操作进行信息交换，但是现在进程获得是虚拟内存，各个进程之间具有隔离性，此时在进行信息交换时就需要找到一个公共区域，让两个进程借助这个区域来完成数据交换。此处仅作了解即可，不做过多的展开。