Operating System-Process(1)什么是进程&&进程的创建（Creation）&&进程的终止（Termination）&&进程的状态（State）

本文阐述操作系统的核心概念之一：进程（Process），主要内容：

1. 什么是进程
2. 进程的创建（Creation）
3. 进程的终止（Termination）
4. 进程的状态（State）

一、什么是进程

1.1 基本信息

进程是执行程序的一个实例，是对正在运行的程序的抽象（Abstraction），包含当前运行程序的所有程序计数器（PC），寄存器以及变量：程序运行所需要的指令和数据。

如果说程序是一个菜谱，那么进程就是做菜的过程。

我当前系统运行的进程实例（windows 10）

如果一个程序同时运行多次，操作系统会创建多个进程（互不影响），对于操作系统来说就是有多个进程恰好在运行相同的程序而已。上图的Google Chrome就是一个例子（多个实例，互不影响，但是消耗内存资源。。）

1.2 Why Process

 为什么操作系统要引入进程的概念？上面提到了隔离，但是隔离不是进程引入的首要驱动力，引入进程的首要驱动力是：增加系统的响应时间。

CPU同一个时间只能做一件事情，只能有一个进程运行在CPU上，但是为什么我们感觉电脑在同时作者很多事情呢？我们一遍在Word中打字，一遍右下角收到邮件通知。

1. Word是一个进程（当然，打开多个则是多个进程）
2. 邮件是一个进程

操作系采用自己的调度策略让CPU在Word和Email之间切换，由于切换的非常快，所以用户感觉CPU同时在作者很多事情，从而达到了增加系统响应的效果。

用户感觉

a、b、c进程在同时执行

 

 

实际执行

a、b、c同一时间只有一个在执行

1.3 进程调度

用一个例子说明：有一个爸爸准备给儿子做一个蛋糕，他有一份做蛋糕的菜谱，他正在按照食谱做着蛋糕，突然他儿子进来对他说：“爸爸，我要喝牛奶”。这位爸爸停下手中正在做的蛋糕，去给儿子倒牛奶，然后在微波炉加热，最后把牛奶给了儿子。最终这位爸爸又回到原来做蛋糕的地方，继续完成蛋糕。

1. 蛋糕菜谱: 是程序，先做什么，后做什么
2. 做蛋糕的过程：是进程A
3. 给儿子热牛奶的过程：是进程B
4. 这位爸爸：CPU
5. 儿子突然要喝牛奶：中断

CPU根据现有的情况（策略）在进程A、B之间切换。上面爸爸倒完牛奶后继续做蛋糕。这里的继续其实就是CPU在进程之间切换之前先保存当前进程的状态，当再次切换到这个进程时，会从之前保存的状态处进行运行（由此也能看出进程切换的开销）。

二、进程的创建（Creation）

2.1 进程创建时机

1. 在系统启动时创建进程（boot）。这个时候创建的都是系统运行必须的进程，有些用于和UI进行交互，有些属于后台进程，比如Email接受进程
2. 由现有的进程通过调用系统的Create Call进行创建。比如在一个web系统中，可以另外创建一个excel进程完成数据导入到excel的功能
3. 当用户发起一个请求时进行创建，比如当用户点击鼠标，在command中输入时会创建相应的进程对用户的请求进行响应

2.2 创建过程

以上的所说的三种创建进程的时机最终创建进程的方式是一致的：由一个已有的进程跳过一个系统调用完成进程的创建。

1. Unix：Fork
2. Windows：CreateProcess

该系统调用会告知操作系统去创建一个进程。

发起系统调用的进程为父进程，被创建的进程为子进程，父子进程之间是相互独立的，他们的地址空间完全不同。

2.3 进程的层级关系（Hierarchy）

上面做了阐述，新的进程是已有进程通过像OS发送创建进程的call而完成的。被创建的进程暂且叫child process。这个child process接下来可能也会再次给os发请求创建子进程。。。。。以此类推，将会有一个进程继承链。

上面这种成为一个链的进程在unix中会作为一个进程组而存在。但是在Windows中，这些进程其实是完全独立的。继承关系在进程中不是很重要。

 三、进程的终止（termination）

一个进程创建后最终都会终止的，进程会在以下几种条件下被终止，相对比较好理解：

1. 正常终止：当进程完成自己的事情之后告诉操作系统（System Call）终止进程
2. 出现错误的时候终止。当进程发现错误时，比如资源不存在或者所运行的程序有ｂｕｇ。比如被０除。
3. 被其他进程Kill。比如在ｗｉｎｄｏｗｓ下可以通过任务管理器直接Kill系统的进程

在有些操作系统中当一个进程终止时，有其创建的进程也会被Kill 掉。

四、进程的状态（State）

4.1 状态

进程被创建后有三个状态：

1. Running（运行中）
2. Blocked（被阻塞）
3. Ready（就绪）

Blocked是指进程在等待外部的刺激（与CPU无关)，比如Console程序，一直在等待用户输入。

Ready是指进程可以运行，没有等待任何资源，但是CPU被其他进程占用，没有CPU资源

4.2 状态切换

如图：

Running-》Blocked：进程在运行过程中需要其他外部资源。

Blocked-》Ready：进程需要的资源得到了满足

Ready-》Running：由CPU的Scheduler决定，CPU可以给当前进程使用

Running-》Ready：由CPU的Scheduler决定，CPU分配给其他进程使用（比如上面的例子，爸爸停下正在做的蛋糕去给儿子热牛奶，这时候蛋糕处于ready状态）