進程相關概念

程序和進程

程序：是指編譯好的二進制文件，在磁盤上，不占用系統資源(cpu、內存、打開的文件、設備、鎖…)
進程：是一個抽象的概念，與操作系統原理聯系緊密。進程是活躍的程序（程序員角度），占用系統資源，分配資源的基本單位（操作系統角度）。在內存中執行。(程 序運行起來，產生一個進程)

進程與程序的關系

程序就好像劇本，而進程呢就像一臺戲。
同一個劇本可以在多個舞臺同時上演。同樣，同一個程序也可以加載為不同的進程(彼此之間互不影響)

程序占用磁盤空間，不占用系統資源

進程占用系統資源

程序沒有生命周期，進程有生命周期

并發

并發：在操作系統中，一個時間段中有多個進程都處于已啟動運行到運行完畢之間的狀態。但，任一個時刻點 上仍只有一個進程在運行。
例如，當下，我們使用計算機時可以邊聽音樂邊聊天邊上網。 若籠統的將他們均看做一個進程的話，為什么 可以同時運行呢，因為并發。

單道程序設計

所有進程一個一個排對執行。若 A 阻塞，B 只能等待，即使 CPU 處于空閑狀態。而在人機交互時阻塞的出現時 必然的。所有這種模型在系統資源利用上及其不合理，在計算機發展歷史上存在不久，大部分便被淘汰了。
就是一群人排隊，必須等前面人把事情處理完，前面人如果生病了或者突然有事走了，后面人不能辦事，必須等前面的人回來辦完才能輪到自己

多道程序設計

在計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序，它們在管理程序控制之下，相互穿插的運行。多道程序設計必 須有硬件基礎作為保證。

時鐘中斷

即為多道程序設計模型的理論基礎。 并發時，任意進程在執行期間都不希望放棄 cpu。因此系統需要 一種強制讓進程讓出 cpu 資源的手段。時鐘中斷有硬件基礎作為保障，對進程而言不可抗拒。 操作系統中的中斷
處理函數，來負責調度程序執行。

分時復用

在多道程序設計模型中，多個進程輪流使用 CPU(分時復用 CPU 資源)。而當下常見 CPU 為納秒級，1 秒可以執 行大約 10 億條指令。由于人眼的反應速度是毫秒級，所以看似同時在運行。 1s=1000ms,1ms=1000us,1us=1000ns 1000000000
實質上，并發是宏觀并行，微觀串行！

CPU和MMU

硬盤存儲容量大，速度慢，磁盤把數據放到內存中，內存按理說可以直接把數據放到cpu中寄存器中去執行，但是為了提高效率，又在中間加了一個緩存Cache（緩沖區），通過Cache進入CPU

進到CPU中并不是整個程序，而是一條一條指令，以二進制形式處理，而從Cache進入CPU處理之前，要先經過預處理，編譯，匯編，鏈接把程序中的每一條指令變為二進制

預取器

從cache中把指令取出來，交給譯碼器譯碼

譯碼器

分析指令干什么，要用什么寄存器

算術邏輯單元（ALU）

執行+，<<運算，所有的運算都是通過+，<<模擬出來。計算完后，把數據給CPU中的寄存器堆。再給緩存

MMU

兩個相同的程序，運行兩次，產生兩個進程，用戶塊映射的物理內存不一樣（因為進程彼此獨立），但內核塊映射的區域是一樣的，PCB(進程描述符)位于內核空間當中，但是兩個進程的PCB不一樣，位于同一塊物理內存里。

右邊是虛擬地址空間，在程序運行時產生，虛擬內存其實不存在，所有的數據實際是放在內存條中，所以存在一個對映的關系，一個1GB的實際內存，如何編寫出來4GB的虛擬內存？

虛擬地址，可用地址范圍有4GB
例如：0x804a400 int a =10;//此時的地址是虛擬地址，它對應的實際地址是另外一個值
MMU就是幫忙對應虛擬地址和實際地址，也就是映射
另外一個問題，虛擬地址空間中，0~3GB是用戶可以使用的大小，而3~4GB是內核空間，內核可以訪問用戶的空間，但用戶訪問不了內核的，但是實際內存中，并沒有什么用戶和內核的劃分，所以需要有個東西來制定相應的訪問權限的問題。
MMU設置修改內存訪問級別的問題

進程描述符PCB

我們知道，每個進程在內核中都有一個進程控制塊（PCB）來維護進程相關的信息

，Linux 內核的進程控制塊是 task_struct 結構體。

/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h 文件中可以查看 structtask_struct 結構體定義。

PCB中的主要成員如下

• 進程 id。系統中每個進程有唯一的 id，在 C 語言中用 pid_t 類型表示，其實就是一個非負整數。

• 進程的狀態，有就緒、運行、掛起、停止等狀態。

• 進程切換時需要保存和恢復的一些 CPU 寄存器。

  這里說一下，之前說過，CPU分時機制，可以在一個進程突然有事，不能運行的情況下，再運行其他程序，等這個程序可以運行時再再次運行，所以CPU寄存器中就保存了這個程序在離開時的狀態，等這個程序再次回來時恢復

• 描述虛擬地址空間的信息。

  虛擬地址與物理地址的對應關系，MMU中使用一張表記錄改信息，這張表MMU維護，存儲在PCB中

• 描述控制終端的信息。

• 當前工作目錄（CurrentWorkingDirectory）。

• umask 掩碼。 用來保護文件創建或者修改的權限

• 文件描述符表，包含很多指向 file 結構體的指針。

• 和信號相關的信息。

• 用戶 id 和組 id。

• 會話（Session）和進程組。

• 進程可以使用的資源上限（ResourceLimit） 。

進程狀態

進程狀態保存在PCB， 進程基本的狀態有 5 種。分別為初始態，就緒態，運行態，掛起態與終止態。其中初始態為進程準備階段，常 與就緒態結合來看。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统编程--1（进程和程序，CPU和MMU，PCB，进程状态）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。