操作系统-进程概念

一、定义（Process）

进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位

• 进程是程序的一次执行过程，是对CPU的抽象，是正在运行的程序的抽象
• 每个进程具有独立的地址空间
• 操作系统通过调度将CPU的控制权交给某个进程

二、PCB 进程控制块(Process Control Block)

1. 又称进程描述符，进程属性，是操作系统用于管理控制进程的一个专门的数据结构，记录进程的各种属性。

2. PCB是系统感知进程存在的唯一标志，进程与PCB是一一对应的。

3. 进程表：所有进程的PCB集合

三、PCB包含哪些信息

• 进程标识符：进程标识符PID，唯一，整数，进程名（不唯一），用户标识符userID，进程组关系（兄弟父子关系）
• 进程控制信息：当前状态，优先级，代码执行入口，运行统计信息，进程间同步和通信，进程队列指针，进程消息队列指针
• 进程调度信息(所拥有的资源和使用情况)：虚拟地址空间的状况，打开文件列表，进程状态，进程的优先级，进程调度所需的其它信息，事件
• CPU现场信息(进程不运行时)：寄存器值、指令计数器、psw、用户的栈指针(指向该进程的页表的指针)

四、进程状态及状态转换

1. 进程状态

• 运行态(Running)：占有CPU，并在CPU上运行
• 就绪态(Ready)：已经具备运行条件，但由于没有空闲CPU，而暂时不能运行
• 等待态(Waiting/Blocked)：或叫阻塞态，封锁态，睡眠态，因等待某一事件而暂时不能运行

2. 操作系统通常将进程状态分为多种模型，这里给出三状态和五状态

五、进程的特性

动态性、独立性、并发性是进程的三大特性。

1. 动态性

在程序运行的过程中，它的状态是在不断变化的。例如一个程序在运行过程中，它是一条指令接着一条指令执行，而每执行一条指令，CPU中那些通用寄存器的值也会发生变化，程序计数器（Program Counter）的值也在变化，每次都指向下一条即将执行的指令。另外堆和栈的内容也在不断变化，数据在不断进栈出栈，堆空间在不断分配和释放。总之变化无时无刻不在进行。

2. 独立性

一个进程是一个独立的实体，是计算机系统资源的使用单位。每个进程都有"自己"的寄存器和内部状态，在它运行的时候独立于其他的进程。当然这个"自己"是带引号的，也就是说：在物理上，CPU中只存在一套寄存器，如PC寄存器只有一个，但是没有进程都有属于自己的逻辑上的PC。物理上的寄存器是真正的硬件寄存器。

3. 并发性

对于单CPU的情况，从宏观上来看，每个进程是同时在系统中运行的，而实际上从微观上来看，在某一特定时刻，只有一个程序运行，换言之各个进程之间实际上是一个接一个顺序运行的。因为CPU是有一个，那么某一个时刻只能有一个进程去使用它。

六、进程队列

1、操作系统为每一类进程建立一个或多个队列

2、队列元素为PCB

3、伴随进程状态的改变，其PCB从一个队列进入另一个队列

1、操作系统为每一类进程建立一个或多个队列

2、队列元素为PCB

3、伴随进程状态的改变，其PCB从一个队列进入另一个队列

上图中，一个进程创建后经许可（提交）进入就绪队列，经过调度进入CPU，如果正常处理完毕会释放，如超时重新进入就绪队列

如果还有各种等待事件，则进入各类等待事件队列，当相应的事件发生后再次进入就绪队列，等待调度进入CPU

七、上下文切换

定义：CPU硬件状态从一个进程换到另一个进程的过程

进程在运行时，其硬件状态保存在CPU上的寄存器中（只有一套）

进程不运行时，这些寄存器的值保存在进程控制块PCB中，当操作系统要运行一个新的进程时，需要将这个进程的PCB中的值送到

对应的寄存器中，这也是下一篇要讲的线程的概念。

以上是操作系统关于进程的一些概述，摘自北大陈向群教授的操作系统课程学习