一、什么是并发

　　并发是什么？很简单，前面介绍的多道批处理系统就是典型的并发执行。这里再次过一遍高性能的多道批处理系统，其本质在于保持对系统资源的占用，CPU运行一个任务，若这个任务中断，如需要IO请求之类的，那么CPU直接去运行其他任务，原任务的IO请求由IO设备自己处理。有一个著名的图——表示并发：

　　如图，假设计算机有输入、计算、输出这三个部件，一组任务顺序执行，并发就是如图流水线一样的各部件配合。某一时刻，只有一个程序在占用CPU（计算设备）。那么什么是并行呢？并行是建立在多核的基础上的，即多个CPU同时运行，那么有几个CPU，同一时刻就有几个程序同时运行。所以电脑只有一个CPU的苦逼程序员只能并发了。

　　现代系统的实际并发比上图要复杂的多，现代计算机系统的并发是以时间片为基础的，即在很短的时间内，每个进程都分别运行一次。这样，宏观上，每个进程都在不断的运行，而实际上每个进程的运行都是间断运行的。那么问题来了，什么是进程呢？

二、什么是进程 

　　进程的目的就是为了对并发执行的程序进行控制。进程实体由程序段、数据段、PCB三部分构成。我们知道计算机运行的本质就是对数据的处理的机器。

　　——数据段就是各种数据

　　——程序段就是一系列操作计算机的指令，即操作数据的方法策略

　　——PCB 即进程控制块（Process Control Block），控制运行程序段的时机。

　　书本上是这样定义进程的：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。

　　让我们理清楚思绪，进程是什么？进程就是进程实体的运行过程，是一个过程。就是说，进程实体不运行，那就不叫进程。一个没有被调用的进程实体，不叫进程。所以说，进程有动态的特征。上面提到，进程的目的就是为了对并发执行的程序进行控制。为了在一个时间片内，运行多个程序才引进进程。所以说，进程有并发的特征。进程实体是一个拥有独立的资源（程序段和数据段）、（因为PCB）能独立地接受调度并独立的运行的基本单位。所以说，进程有独立的特征。进程运行的过程中，由于涉及到的资源众多、运行环境不一定，也受到其他进程的影响，所以，进程的运行情况是不可具体预知的。所以书本定义，进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。所以说，进程有异步的特征。如上文所说，进程是进程实体这一数据结构被调用运行。所以说，进程有结构的特征。

　　可以这么说，真正理解了进程的这五个特征，才算理解了进程这个概念。高手跟我们这些菜鸟的最大区别，不就在于对系统的理解吗？ 　　

三、进程的状态

　　进程有3种基本状态：

（1）就绪（Ready）状态

　　此时的进程拥有完整的进程实体，只要获得CPU，即只要被调用就能马上执行，这种状态被称为就绪状态。处于这种状态的进程都会被放进就绪队列，以便随时接受CPU调用。

（2）执行状态

　　此时的进程已经获得CPU，正在执行。

（3）阻塞状态

　　执行中的进程，因为某种原因（IO请求）无法继续执行的一种暂停状态，暂停完毕就会变成就绪状态。

　　除了以上的3种基本状态，有的系统额外还增加了一种状态。

（4）挂起状态

　　为什么需要挂起状态？因为有时候希望某些正在执行的线程暂停下来，持续一段时间后，让它回到之前的状态。

　　挂起状态是一种静止的状态，相当于把某个进程从执行的流水线上拿出来，等到需要的时候再把它放进去继续执行。我们来看前三种基本状态，就绪 ->执行 -> 阻塞，阻塞完毕又回到就绪。由于线程的异步性，阻塞是会在不确定的有限时间内结束的。就是说，三种基本状态是动态的，通常不存在一个线程一直处于某种状态。挂起状态相对于它们来说，是静止的，因为它是被控制的，是对以不可预知的速度前进的线程的一种干扰。

　　此外，为了管理的需要，通常还有两种比较常见的状态。

（5）创建状态

　　我们知道进程实体包括程序段、数据段和PCB。创建状态指的是PCB已经被创建，因为某些原因（程序段或数据段未放入内存等），进程还未被放入就绪队列的这种状态。

（6）终止状态

　　线程的终止也是有个过程的。终止状态指的是线程除了PCB以外的系统资源都被回收后的状态。此时线程真正终止。

四、进程的核心PCB

（1）PCB是什麽？

　　作为进程实体的一部分，PCB是用来控制进程运行的一种数据结构。它包含了进程的状态、优先级、运行的状态、处理机状态、程序数据的内存地址等各种信息，一旦被操作系统调用，操作系统就从PCB中获取的信息，来恢复进程阻塞前的现场，继续执行。PCB一般都保存在CPU的寄存器中。

（2）PCB包含的信息

　　1）进程标识符。用来标识唯一的一个进程。包括方便系统调用的内部标识符和方便用户调用的外部标识符。进程标识符通常还包括父、子进程，以及所属用户等信息。

　　2）处理机状态信息。

　　　　处理机状态信息指的是处理机调用线程时的环境信息。处理机处理调用进程时，运行过程中的许多信息都放在处理机的寄存器中。进程阻塞或挂起时，寄存器中的运行信息会保存到PCB中，以便进程下次被调用时恢复之前的运行现场。

　　3）进程调度信息。

　　　　进程调度信息指的是本进程调度所需的必要信息。包括，本进程的状态（6种之一）、进程优先级、进程等待时间、进程执行时间（可能决定优先级）、阻塞原因、父子进程关系等。

　　4）进程控制信息。

　　　　进程控制信息指的是进程的资源信息和进程切换时的所需信息，包括进程的程序和数据的内存地址、进程同步和通信的机制、进程资源的清单、指向下一个进程PCB的指针（若PCB的组织方式是链接方式）等。

（3）PCB的具体信息（结构）

 　　这里我们来看一下Unix中，PCB的具体结构，以便对PCB有一个清晰的认识。这玩意其实就这么一回事：

（下面代码摘自http://blog.sina.com.cn/s/blog_65403f9b0100gs3a.html）

 View Code

 （4）PCB的组织形式

　　系统中拥有众多PCB，对应着众多进程，那么这些PCB怎么组织的呢？一般有两种组织方式：链接方式和索引方式。这两种方式的共同点在于，正在执行的PCB，都有一个执行指针指向它。不同在于，链接方式的就绪队列、阻塞队列等，通过指针链接的方式组织。进程切换时，直接取就绪队列指针即可，因为它指向的就是当前优先级最高的就绪的PCB，随后就绪队列指针指向其指向的下一个PCB。索引方式的就绪队列、阻塞队列等，通过一个表的形式来组织，就绪队列指针指向这个表的第一条数据。这个表本质是一个指针数组，第一个指针指向的当然是优先级最高的就绪进程。

五、进程控制

　　进程控制是什麽？本质就是切换进程状态的控制。 一般由操作系统中的原语实现。原语即具有“原子操作”这种属性的若干指令集合，说白了，就是这些指令集合，要么全部执行，要么全部不执行。不同操作系统的原语也是有区别的。

 （1）、进程创建

　　进程可能是由系统内核收到请求而创建，也可能由进程本身创建，由进程本身创建的进程一般是子进程，它继承父进程拥有的全部资源。创建进程由进程创建原语实现，通常由下面几个步骤：

 （2）、进程终止

 　　进程的终止是由操作系统执行的。当一个进程因各种原因结束时，会通知操作系统。操作系统会调用进程终止原语来终止对应进程：

 （3）进程阻塞

　　进程的阻塞是由进程自身主动执行的。但进程发现自身无法继续执行时，就主动调用进程阻塞原语，把自己阻塞：

 （4）进程唤醒

　　进程的唤醒通常由其他线程执行。但其他线程由于某些事件希望执行线程执行时，会调用进程唤醒原语将指定进程唤醒：

 　　值得注意的是，进程唤醒和进程阻塞是一对作用刚好相反的原语。阻塞的进程必须由进程唤醒操作才能继续执行。

（5）进程挂起和激活

　　进程挂起由自身或其他进程执行。进程激活由其他进程执行。过程很简单，就不画图了：

　　1）进程挂起：若进程为活动就绪，就将其改为静止就绪；若进程为活动阻塞，就将其改为静止阻塞；若进程正在执行，则让调度程序重新调度。

　　（PS：由于没有挂起队列，所以需要把进程的PCB复制到指定的内存区域）

　　2）进程激活：若进程为静止就绪，就将其改为活动就绪；若进程为静止阻塞，就将其改为活动阻塞；

操作系统 进程（上）