《02-javaEE系列---进程(补充)》-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/bit_10/article/details/147209464

前言

这篇文章是对前面讲的 JavaEE进程 的补充，可以参考我上一篇文章。

进程/任务补充

什么是进程？

进程是 操作系统 分配资源的 基本单位。
多任务操作系统（Windows、Linux、Android、iOS等）可以同时管理多个进程。
单任务操作系统（如老式功能机）一次只能运行一个程序。

进程管理流程

描述进程：使用结构体（如 task_struct）列出每个进程的各种信息。这个结构体叫 PCB（Process Control Block）。
组织进程：用数据结构（比如链表）将所有 PCB 串联起来，方便管理和调度。

PCB（进程控制块）的核心属性

属性	说明
pid	进程ID，唯一标识一个进程。通常是32位整数。
内存指针	记录该进程所能使用的内存区域（比如指令段、数据段、堆、栈）。
文件描述表	记录进程打开的文件、设备等资源的列表（每打开一个文件，分配一个描述符）。
CPU资源	包括进程消耗的CPU时间，调度信息，寄存器状态等（用于进程切换时的保存与恢复）。
进程状态	就绪、运行、阻塞等状态，决定进程是否能上CPU执行。
优先级	不同进程有不同优先级，影响系统调度的先后顺序和时间配额。
记账信息	记录进程消耗的CPU时间、内存资源等，为系统调度提供依据。

重要补充概念

内存指针（Memory Pointer）

进程在运行时需要指令和数据。
系统分配一片内存区域给进程使用，并用指针（地址）来标记。
没有申请的内存是不能随便访问的，否则就是非法访问（可能会触发段错误 segmentation fault）。

文件描述表（File Descriptor Table）

每个进程都有自己的文件描述表。
文件、硬盘、键盘、鼠标等都是设备文件，统一以文件形式操作。

CPU资源管理

一个CPU核心 相当于一个舞台。
一个时间点 只能有一个进程在执行。
多核CPU 可以真正做到并行执行。
单核CPU 通过快速切换（分时复用）来实现 并发执行 的“假象”。

进程的状态变化

就绪: 等待被调度到CPU上。
运行: 正在CPU上执行。
阻塞: 等待某个事件完成（如等待输入/输出）。

进程状态切换是操作系统调度器负责的，程序员一般不需要直接干预。

并发 vs 并行

并发（Concurrency）：宏观上同时，微观上轮流切换。
并行（Parallelism）：物理上真正同时（多核、多CPU实现）。

额外补充一点专业词汇

上下文切换（Context Switch）：在多任务切换时，保存当前进程的状态到 PCB，并恢复另一个进程的状态。
系统调用（System Call）：用户程序向操作系统请求服务（如申请内存、打开文件）的接口。

几个问题

一. 优先级是怎么决定的？

1. 系统默认值

每个新创建的进程，系统会给它一个 默认优先级。
比如在Linux里，普通程序默认优先级是 0，而系统重要任务（比如守护进程）可能优先级更高一点。

2. 用户手动调整

有些系统允许用户手动改优先级，比如 Windows 的任务管理器里，你右键一个进程，可以选"设置优先级"，设置成“高”、“实时”、“低”之类。
在Linux中，可以用 nice 和 renice 命令调整优先级。
nice值范围：-20（最高优先级）到19（最低优先级）。通常来说，nice值越小，优先级越高。

注意

每个新创建的进程，系统会给它一个默认优先级。
比如在Linux里，普通程序默认优先级是0，而系统重要任务（比如守护进程）可能优先级更高一点。

3. 进程的类型

不同类型的任务，系统会预设不同优先级。

比如：

和用户交互相关的程序（像你打字的程序、还有正在运行的游戏）—— 优先级高。
后台守护程序（比如qq等聊天工具）—— 优先级低。

比如我们打游戏时，后台挂着qq,我们现在运行的游戏就是优先级高的。如果肉眼感知的卡，这时我们可能会破口大骂，而后台的慢一点无所谓。

4. 进程的历史表现

有些高级操作系统会根据进程的历史CPU占用情况，自动调整它的优先级。

比如：

一个进程最近疯狂占用CPU -> 系统可能会降低它的优先级，让其他进程能上来。
一个进程很久没被调度了 -> 系统可能会提高它的优先级，给它一点机会。

这种机制就是动态优先级调整，也叫公平调度（CFS, Completely Fair Scheduler），比如Linux用的就是这种。这就涉及到我们上篇文章讲到的记账信息了。

5. 实时性需求

有些系统有"实时进程"。
这些实时进程优先级非常高，必须及时运行，否则就出大事（比如机器停摆）。

在Linux中，实时进程（RT进程）优先级范围是 1~99，普通进程优先级范围是 0。

优先级总结：

优先级 = 系统默认 + 用户调整 + 进程类型 + 动态调整 + 特殊需求

系统最后会综合这些因素，给每个进程打分（优先级），然后调度器根据优先级高低，来安排谁上CPU、谁排队等。

二. 进程如何管理内存？

1. 进程之间的内存隔离

核心结论：每个进程之间的内存是彼此独立且互不干扰的，通常情况下，进程A不能直接访问进程B的内存。

进程间通信（IPC）

虽然进程之间是彼此相互独立的，但是有时候也需要多个进程相互配合来完成某个工作。

如何实现进程间通信？

系统提供了一些公共空间，多个进程都能访问到，让两个进程借助这种公共空间来共享数据。

系统层面实际上提供了很多种：

管道
共享内存
文件
网络
信号
信号量

其中，文件、网络，是我们使用到的主要方式。这也是我们 Java 程序员主要使用的 进程间通信方式。
在 Java 中，虽然我们不太自己直接操作这些底层IPC接口，但像 java.nio、RMI（远程方法调用）、Socket 编程等其实就是在做这些事的 高级封装。