操作系统：进程

进程

为了将一个CPU变成多个虚拟的CPU来实现（伪）并行，或者说为CPU提供一种描述（伪）并行的抽象，操作系统的设计者开发了进程（process）。

进程是“一个具有独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程”，或者简单说，是一个正在执行程序的实例。一个进程应该包括程序计数器、寄存器和变量的当前值。通过将运行中的程序和资源抽象成进程，我们得到一套了对CPU（伪）并行运行的描述，即CPU运行时在多个进程之间来回切换实现并行。这种快速的切换被称作多道程序设计（本章中的CPU均视作单核CPU，即每一个核在某一时刻只能运行一个进程）

一个常见的问题是：“进程和程序有什么区别？”进程是程序的一次执行过程，随着系统的需要在不同的状态之间变化，而程序是一段静态的，可以长久保存、多次运行的代码。如果一个程序运行了两遍，这将算作两个进程。

进程的创建

在一般的系统中，需要有某种方法在运行时创建或者撤销进程。

有4种事件会导致进程的创建：

1. 系统初始化。
2. 正在运行的程序运行了创建进程的系统调用。
3. 用户请求创建一个新进程。
4. 一个批处理作业的初始化。

进程的终止

进程的终止通常有以下几种情况：

1. 正常退出（自愿的）。
2. 出错退出（自愿的）。
3. 严重错误（非自愿）。
4. 被其他进程杀死（非自愿）。

进程的状态

虽然每个进程是独立的实体，但是进程之间经常会相互作用，比如进程A等待进程B的结果供其运行，在这种情况下，在进程B完成之前，进程A必须阻塞。逻辑上，每个进程可能有三种状态（如图1所示），这三种状态是：

1. 运行态（该进程正占用CPU）
2. 就绪态（该进程可运行，但因CPU被占用而暂停）
3. 阻塞态（在某种外部事件发生之前，该进程不能运行）

进程的实现

为了实现多进程模型，操作系统使用了一张表格（一个结构数组），即进程表。每个进程占用一个进程表项（或被称作进程控制块，PCB）。该表中包含了进程状态的重要信息，保证进程能从中断现场原样启动。

操作系统是怎样管理进程表项，并通过进程表项来完成对进程的调度呢？我们大致可以得到图2所示的粗略模型。

调度系统位于操作系统的最底部，上面每一层都是一组各式各样的进程。每个进程都根据其表项的状态进入相应的队列，当状态发生变化时，进程表项从一个状态队列中脱离出来，加入另外一个队列。

进程挂起

进程挂起是指把进程从内存中移除，切换到外存（磁盘）中保存。进程存在阻塞挂起状态和就绪挂起状态。进程可能发生的挂起状态有以下四种：

1. 阻塞到阻塞挂起（运行或者就绪的进程需要更多空间）。
2. 就绪到就绪挂起（低优先级就绪进程可能会被挂起）。
3. 运行到就绪挂起（对于抢先式分时系统，若有高优先级阻塞挂起进入就绪挂起，系统可能会把运行进程转到就绪挂起状态）。
4. 阻塞挂起到就绪挂起（发生外部事件接触阻塞状态）。

解除挂起可能有以下两种情况：

1. 就绪挂起到就绪（没有就绪进程或者挂起就绪进程优先级高于就绪进程）。
2. 阻塞挂起到阻塞（内存空间足够）。