【系统架构设计师】操作系统 - 进程管理 ① ( 进程概念 | 进程组成 | 进程 与 程序 | 进程 与 线程 | 线程 可共享的资源 - ☆考点 )

一、进程管理

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1、进程概念

进程概念 : 进程（Process）是 操作系统 中 程序 的 执行实例 , 是 资源 分配、调度 的 基本单位 ;

当一个 程序 被执行时 , 操作系统会为其创建一个 进程 , 并为其 分配所需的 资源 , 如 : CPU、内存、I/O设备等 ;

2、进程组成

进程组成 :

• 程序块 : 程序可执行代码 ;
• 进程控制块 : PCB , Process Control Block , 进程存在的标志 ;
  • 进程ID ( PID ) , 又称为 进程标识符
  • 进程状态
  • 程序计数器 ( PC ) , 程序执行位置信息
  • CPU 寄存器
  • 进程优先级
  • 队列指针 : 用于链接同一状态的进程 ;
  • 现场保护区 :
  • 资源信息（如打开的文件、使用的内存等）
• 数据块 : 进程运行所需的数据资源 ;
  • 数据段（data segment）：已初始化的全局变量和静态变量 ;
  • 堆（Heap）：动态分配的内存区域 ;
  • 栈（Stack）：用于存储函数调用信息、本地变量等 ;

3、进程 与 程序

进程 与 程序 :

• 程序是 静态 的 , 存储在磁盘上 , 是一组指令和数据的集合 ;
• 进程是 动态 的 , 是 " 程序 " 执行后在内存中的实例 , 并且拥有独立的资源 ;
• 一个程序 可以启动 多个进程 , 如 : 同时打开多个浏览器窗口 , 每个窗口就是一个独立的进程 ;

对比项	进程（Process）	程序（Program）
定义	进程是程序的执行实例，是动态的	程序是静态的指令和数据集合
存储方式	进程存储在内存中，包含代码、数据、栈、堆等	程序通常存储在磁盘或其他存储设备上
运行状态	进程可以创建、运行、挂起、终止，有生命周期	程序本身是静态文件，不能直接运行
是否独立	进程是独立的，拥有自己的资源（如内存、文件等）	程序只是可执行文件，不能独立运行
多实例	一个程序可以有多个进程实例同时运行	程序本身只有一个副本
关系	进程是程序执行的实例	程序是进程运行的基础

4、进程 与 线程

进程 与 线程 :

• 对应关系 : 线程 可以理解为 进程 的 子单位 , 一个程序 可以启动 多个进程 , 一个进程 可以启动 多个线程 ;
• 调度主体 : 进程 是 资源分配、调度 的基本单位 ( 资源包括 CPU ) , 线程 只是 CPU 调度 的基本单位 ;
• 资源共享 : 进程可以独立拥有资源 , 线程只能共享进程的资源 ;
  • 线程 只有自己的 CPU 调度相关资源 , 如 : PC 程序计数器 , 寄存器 , 栈 等 ;
  • 线程 执行所需的 内存地址空间、代码、数据、文件 都要共享进程的资源 ;
• 主体通信 : 进程间 通信 ( IPC ) 比较复杂，线程间通信 ( 共享内存 ) 比较简单 ;

对比项	进程（Process）	线程（Thread）
定义	进程是程序的执行实例，是资源分配的基本单位	线程是进程中的执行流，是CPU 调度的基本单位
资源独立性	进程拥有独立的资源（如内存、文件、I/O 设备）	线程共享进程的资源（如内存、文件）
通信方式	进程间通信（IPC）需要特殊机制（如管道、共享内存、消息队列）	线程间通信无需额外机制，共享全局变量即可
调度开销	进程切换开销较大（需要保存和恢复资源）	线程切换开销较小（只需保存少量寄存器信息）
运行关系	进程可以包含多个线程，但至少有一个主线程	线程属于某个进程，不能独立存在
崩溃影响	进程崩溃不会影响其他进程，除非有父子进程关系	线程崩溃可能导致整个进程崩溃
应用场景	适用于独立运行的应用（如浏览器、数据库）	适用于需要并行执行的任务（如多线程下载、并行计算）

二、线程 可共享的资源 - ☆考点

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进程 是 资源分配、调度 的基本单位 ( 资源包括 CPU ) , 线程 只是 CPU 调度 的基本单位 ;

线程 除了 CPU 调度相关资源 可以 独立拥有 之外 , 其它资源都需要 与其它线程共享 ;

线程不可共享资源 : CPU 调度相关资源 不可共享 , 也就是 线程独立拥有的资源 :

• 程序计数器 PC
• 寄存器
• 栈 ( 栈指针 )

线程可共享资源 : 与 CPU 调度无关的资源 需要与其它线程共享 , 这些 资源的拥有者是 进程 ;

• 内存地址空间
• 代码
• 数据
• 文件等资源