操作系统——进程管理

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进程和线程

进程的概念

程序：是静态的，就是一个存放在磁盘里的可执行文件，就是一系列的指令集合。

进程：是动态的，是程序的一次执行过程。在现在的操作系统中，用户程序以进程方式占用系统资源。

典型的进程定义：

1. 进程是程序的一次执行
2. 进程是一个程序以及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
3. 进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

操作系统负责创建进程，为进程分配资源、调度进程占用处理机等。

进程和程序的区别

1. 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合，通常对应着文件、静态和可以复制。进程是程序的执行
2. 进程是暂时的，程序是永久的，进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。
3. 进程与程序组成不同：进程的组成包括程序、数据和PCB(进程控制块)，PCB是进程存在的唯一标志
4. 进程与程序的对应关系：进程是程序在数据集上的一次执行，通过多次执行，一个程序可以对应多个进程，通过调用关系，一个进程可以包括多个程序。

举个例子：正在运行的QQ音乐是一个进程，正在登录微信也是一个进程。同时登录多个QQ就是多个不同的进程。

PCB(进程控制块)

PCB是进程存在的唯一标志，当进程被创建时，操作系统就会为其创建PCB，但你进程结束时，会回收其PCB。

当进程被创建时，操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的进程id，叫做pid。

• 操作系统要记录PID、进程所属用户ID（UID），PID用来区分不同的进程
• 还要记录给进程分配了哪些资源（如：分配了多少内存、正在使用哪些I/O 设备、正在使用哪些文件），可以用于实现操作系对资源的管理
• 还要记录进程的运行情况（如：CPU使用时间、磁盘使用情况、网络流量使用情况等），可以用于实现操作系统对进程的调度

这些信息都要被保存在一个数据结构PCB中，PCB也叫做进程控制块。操作系统需要对各个并发运行的进程进行管理，但凡管理时所需要的信息，都会被放到PCB中

PCB包含以下信息：

1. 进程标识符

   • 外部标识符：创建者提供，便于记忆，比如进程名（可以基于执行的文件名）
   • 内部标识符：系统为每个进程分配一个唯一的pid

2. 处理机状态信息

   处理机在运行时，许多信息都放在寄存器中。当处理机被中断时，所有这些信息都必须保存在PCB 中，以便在该进程重新执行时，能从断点继续执行。

   • 通用寄存器:用户访问，用于暂存信息(进程运行的现场信息
   • 指令计数器：存放了进程下执行的下一条指令的地址
   • 程序状态字：含有状态信息，如条件码，执行模式，中断屏蔽标志
   • 用户栈指针：指每个用户进程都有一个或若千个与之相关的系统栈，用存放过程和系统调用参数及调用地址，栈指针指向该栈的栈顶。过程调用/系统调用/中断处理和返回时需要用

3. 进程调度(控制和管理)信息

   • 进程状态，指明进程的当前状态，作为进程调度和对换时的依据;
   • 进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数，优先级高的进程应优先获得处理机;
   • 进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算法有关，比如，进程已等待 CPU 的时间总和、进程已执行的时间总和等;事件，阻塞原因

4. 进程控制信息（资源分配清单）

   • 程序和数据的地址;
   • 进程同步和通信机制:
   • 资源清单:除CPU以外的全部资源及已经分配到该进程的资源清单
   • 链接指针:本进程PCB所在队列中的下一个进程的PCB的首地址

PCB其实就是一个C语言的结构体，这个结构体里存放着一个进程的信息

struct task_struct {
   
    // 进程标识符
    pid_t pid;
    // 当前进程的状态
    volatile long state;
    //打开文件信息
	struct