操作系统进程 并发和并行处理

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索

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目录

一、操作系统

操作系统的作用：

二、进程

1.进程的概念

2.进程管理

3.进程的结构体里有哪些属性（核心的）

三、并行和并发

四、内存分配

五、进程间通信

六、进程和线程

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一、操作系统

操作系统是一组做计算机资源管理的软件，常见的有Windows ，IOS，Android，Linux 等等

操作系统的作用：

对上要配合软件，给软件提供一个稳定的运行环境 

对下要管理硬件设备 

二、进程

1.进程的概念

进程是操作系统对每一个正在运行中的软件的一种抽象，可以把进程看过程序的一次运行。

进程是操作系统进行资源分配的基本单位！！！（包括 内存资源 硬盘资源 CPU资源）

2.进程管理

描述一个进程：使用结构体/类来表示一个进程有哪些信息

组织一个进程：使用一定的数据结构，把这些结构体/对象放到一起

3.进程的结构体里有哪些属性（核心的）

PCB:进程控制块

1.PID:进程中唯一的标识

2.内存指针：当前进程使用了哪一块内存  （标识使用了内存上的哪些资源）

3.文件描述表：进程每次打开一个文件，就会产生一个文件描述符（标识了这些被打开的文件），对应的一组文件描述符，组织起来放到一个顺序表中就是“文件描述表”  （使用了硬盘上的哪些资源)

4.进程调度信息（CPU分配）  

进程的状态：  一种是就绪态：已经准备好了，随时可以在CPU上运行

                        一种是阻塞态：目前还没准备好，不能在CPU上运行

进程的优先级：进程间的调度不一定是“公平的”  进程之间存在优先级，故优先执行谁取决于优先级（跟下面食堂谁便宜就先运行谁一样！！）

进程的上下文：记录这个进程执行了到了哪里的“记录”,当CPU执行一个进程，还没执行完，暂时离开了这个进程，就要把之前CPU执行到哪里了，执行的中间结果“存档”存档一下（将寄存器中存储计算的中间结果存到PCB)，等CPU回来时，可以接着上次的执行(将PCB中的值恢复到寄存器中）继续执行进程。

进程的进账信息：统计当前进程在CPU上执行了多长时间，可以作为调度的参考（那个运行时间少就可以先运行这个）

三、并行和并发

并行：两个核心同时运行两个进程，两个进程同时运行

并发：一个核心，先运行进程A,运行一会再去运行进程B，运行一会再去运行进程C，来回切换着运行，只要切换的足够快，看起来就和“同时”运行一样

并发举例：比如说，你在学校非常喜欢吃食堂的三个窗口A B C 窗口的大叔大婶都喜欢你天天去吃他们窗口的饭，但是你觉得一直吃一个窗口太腻了，于是你排了一个时间表：一 三 五 吃窗口A（因为窗口A 最便宜）二 四 吃窗口B（这个第二便宜）  周六吃窗口C 周日就随便吃其他窗口的    这样换个维度来看！！ 

如果我是站在一天的维度来说，那我就是这一天我只吃一个窗口的

如果是站在一个星期，一个月的维度来看，那我就是在同时吃这三个窗口的！！

 只要你切换的足够快，那么看起来就和“同时”一样（并发）  如果你一天同时吃了窗口A和窗口B这样就是（并行）了！！！

四、内存分配

操作系统对内存的分配，采用的是空间模式，不同进程使用内存中的不同区域，相互之间互不干扰（使用虚拟地址）

举例：有两个进程A 和进程B  如果我们是采用的是真实的物理地址  如果我的进程A里面出错了，出现了野指针，这个野指针正好指向了进程B中的地址，这样两个进程就都坏掉了！！（这样及其不稳定）

所以我们的操作系统就使用了虚拟地址来解决这个问题

进程A 和进程B都使用了一段虚拟地址（0x00-0xff），在操作系统中有个专门的页表（用来映射虚拟地址）将其映射到真实的物理内存上，A B映射到不同的内存上，这个过程对于进程A B来说，他们本身是感知不到的 

如果此时进程A中再出现野指针的情况，页表一检查，你操作的内存不在你的（0x00-0xff）这个范围內 ，页表就翻译不出来，就无法访问真正的物理地址。

 有了页表的存在，一个进程就无法直接干预另一个进程的地址了，进程的独立性，大大提高了操作系统的稳定性！！

五、进程间通信

在隔离性的前提下，找到一个公共区域，两个进程都可以访问这一块，用来交换数据。

目前，主流操作系统提供的进程通信机制有如下：

1. 管道

2. 共享内存

3. 文件

4. 网络

5. 信号量

6. 信号

六、进程和线程

线程说白了，就是轻量化的进程

在操作系统中，创建/销毁/调度一个进程的成本和资源都是比较高的（主要体现在进程调度上)

比如说：系统要给一个进程分配内存

1.要先遍历一遍空闲内存的表，找到一个大小合适的空间来进行分配

2.当很多个进程都要分配内存的时候，还是得一个一个进行分配（这样开支就比较大了）

线程是轻量化的进程：

一个进程中有多个线程，约定每一个线程都是一个可以调度的独立的执行流（执行流之间都是并发的），同时这些线程（这个进程），公用一个进程的内存资源，这样对于线程来说所有的系统资源都已经分配好了，这样就省去了多次的资源分配！