进程管理

进程

描述程序的执行过程，是实现多任务操作系统的基础。

进程的概念

进程是一个可并发执行程序在一个数据集上的一次运行过程，简单地说，进程就是程序的一次运行过程。

进程与程序概念的区别

进程是程序的一次运行过程。（动态）
程序是进程的一个组成部分，是进程的执行文本。（静态）
此外，进程与程序不是一一对应的关系，一个进程可以顺序执行多个程序，一个程序可以对应多个进程（一个程序可以被多次运行，一个程序可以同时运行（多开））

程序的顺序执行

程序的各操作步骤之间是依序执行的，程序与程序之间是串行执行的，这种执行程序的方式就称为顺序执行。顺序执行是单道程序系统中的程序的运行方式。
程序的顺序执行具有如下特点：

1. 顺序性：只有一个操作完成后才会进行下一个操作，一个程序全部执行结束才会执行下一个程序。
2. 封闭性：程序在封闭的环境中运行，即程序运行时独占全部系统资源，只有程序本身才能改变程序的运行环境，因而程序的运行结果不受外界影响，结果只由程序本身决定。
3. 可再现性：程序执行的结果与运行的时间和速度无关，结果总是可再现的，即无论何时重复执行该程序都会得到同样的结果。

顺序执行的缺点：系统资源利用率很低

程序的并发执行

同时有多个程序在系统中运行，系统资源利用率大大提高。
特点：

1. 间断性：并发程序之间相互影响而相互制约，导致程序运行过程的间断。
2. 没有封闭性：多个程序共享系统资源时，一个程序的运行可能受到其他程序的影响，其运行的过程和结果不完全由自身决定。
3. 不可再现性：由于没有了封闭性，并发程序的执行结果与执行的时间以及执行的速度有关，结果往往不可再现。

并发执行的潜在问题（缺点）
容易导致程序的过程与结果受影响（同时读写文件，引发冲突）

进程的特性

1. 动态性：进程由创建而产生，由撤销而消亡，因调度而运行，因等待而停顿。进程由创建到消失的全过程被称为进程的生命周期。
2. 并发性：在同一时间段内有多个进程在系统中活动。宏观上是并发运行，微观上是交替运行。
3. 独立性：进程是可以独立运行的基本单位，是操作系统分配资源和调度管理的基本对象。因此，每个进程都独立地拥有各种必要的资源，独立的占有CPU的运行。
4. 异步性：每个进程都独立地执行，各自按照不可预知的速度向前推进。进程之间的协调运行由操作系统负责。

进程的基本状态

进程三个基本状态：

1. 就绪态：进程分到了除CPU以外的所有资源（就绪队列）
2. 运行态：进程已经获得CPU，正在运行
3. 等待态：进程中某种资源不能得到满足，或希望的某事件尚未发生而暂停执行。（等待队列）

进程状态的转换

1. 运行态->等待态：正在执行的进程因为等待某事件而进入等待队列，让出CPU资源。
2. 等待态->就绪态：等待的进程获得所需资源，等待CPU，进入就绪队列。
3. 运行态->就绪态：正在执行的进程时间片用完，或者有更高优先级的进程到来，则会进入就绪队列。
4. 就绪态->运行态：处于就绪状态的进程，当被进程调度程序调度后，即进入运行态。

进程组成部分

进程由程序、数据、进程控制块3个基本部分组成。
程序是进程执行的可执行代码，数据是进程所处理的对象，进程控制块用于记录有关进程的各种信息。

进程映像(process image)

某个时刻的进程的执行内容（指代码和数据）

进程控制块（Process Control Block，PCB）

进程的档案，为管理进程而设置的一个数据结构，用于记录进程的相关信息。
PCB是进程的代表，在进程的生存期中，系统通过PCB来感知进程，了解它的活动情况，通过它对进程实施控制和调度。

PCB记录了有关进程的所有信息，主要包括：

1. 进程描述信息：记录一个进程的标识信息和身份特征，如家族关系和归属关系等。通过这些信息可以识别该进程，了解进程的权限，以及与其他进程的关系。
2. 进程控制与调度信息：进程的运行需要由系统进行控制和调度。进程控制块记录了进程的当前状态、调度策略、优先级、时间片等信息。
3. 资源信息
4. 现场信息：包括CPU各个寄存器的值。

进程的基本状态