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在一開始學(xué)習(xí)進(jìn)程的時(shí)候，我們大概每個(gè)人都會(huì)遇到過這樣的問題，下面就讓我們帶著這些問題來認(rèn)識認(rèn)識進(jìn)程。

1、進(jìn)程是什么？

2、什么是多進(jìn)程？

3、執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程需要什么？

4、多進(jìn)程之間是如何調(diào)度的？

5、進(jìn)程的上下文環(huán)境是什么？

6、如何創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程？

一、進(jìn)程是什么？

? ? 大家在面試時(shí)，有時(shí)候會(huì)被HR問到這么一道題目：程序與進(jìn)程有什么區(qū)別？

如果讓我們通過生硬的概念來回答HR，往往會(huì)令HR失望。下面我想通過一個(gè)生活中的場景來回答HR這個(gè)問題。

周末，張先生想為他心愛的老婆做一道菜---牛肉排骨湯，他有做這道菜的菜譜，廚房里也有牛肉排骨，味精，香料等，張先生就按著菜譜一步步得為他的老婆做好了這道菜---牛肉排骨湯，他的老婆很高興，感覺很幸福。

在這個(gè)比喻中，做牛肉排骨躺的菜譜就是程序，張先生應(yīng)該就算是處理機(jī)(CPU)，做這道菜的各種原料（牛肉排骨，大蔥等）就是輸入數(shù)據(jù)，一盤香噴噴的牛肉排骨湯則是輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)程就是張先生按著菜譜做好這道菜的整系列動(dòng)作的總和。

于是我們知道，程序是一個(gè)靜態(tài)的，進(jìn)程是用來描述動(dòng)態(tài)的過程的。

二、什么是多進(jìn)程？

? ? 大家都知道，現(xiàn)在的操作系統(tǒng)都是支持多進(jìn)程的，即一個(gè)CPU可以支持多個(gè)進(jìn)程。這個(gè)又是什么情況？讓我來修改一下上面的場景。

周末，張先生想為他心愛的老婆做一道菜---牛肉排骨湯，他有做這道菜的菜譜，廚房里也有牛肉排骨，味精，香料等，張先生開始做牛肉排骨湯，做著做著，他的兒子的手被刀子劃破了，哭著跑到爸爸這里來訴苦，這時(shí)候，張先生停下手里的活，在菜譜上記下自己做到了哪里，然后拿出一本急救手冊，按著上面的指示，把兒子的手傷包扎好之后，他回到廚房繼續(xù)做自己的牛肉排骨湯。

在這個(gè)場景中，就包含了兩個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程一是做牛肉排骨湯，進(jìn)程二是為兒子包扎傷口。

張先生（CPU）先是執(zhí)行的進(jìn)程一，在進(jìn)程一還米有結(jié)束之前，暫停進(jìn)程一，去執(zhí)行了進(jìn)程二。執(zhí)行完進(jìn)程二，回到繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)程一，直至進(jìn)程一結(jié)束。這個(gè)過程就成為進(jìn)程之間的"切換"。

下面我們通過一張圖片來介紹多進(jìn)程之間的關(guān)系：

圖(a)：一個(gè)包含4個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程表

圖(b)：4個(gè)進(jìn)程是完全獨(dú)立的

圖(c)：4個(gè)進(jìn)程進(jìn)行切換，但任意時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行

由此，我們得知，進(jìn)程，從宏觀上來說，有自己的目標(biāo)，又受控于進(jìn)程調(diào)度模塊的控制。從微觀上來說，有自己的代碼和數(shù)據(jù)，同時(shí)也擁有自己的堆棧。但又利用系統(tǒng)的資源。

三、執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程需要什么？

每個(gè)進(jìn)程包含自己的代碼，數(shù)據(jù)，和堆棧，并且都服從進(jìn)程調(diào)度模塊進(jìn)行調(diào)度。

四、多進(jìn)程之間是如何調(diào)度的？

多進(jìn)程之間的調(diào)度是由進(jìn)程調(diào)度模塊來完成的。我們首先需要了解進(jìn)程的狀態(tài)，下圖為3種狀態(tài)之間的關(guān)系：

在本書中，作者只介紹的是2、3，即就緒--運(yùn)行--就緒之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。其中條件2是調(diào)度模塊選擇其中某一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行。

條件3是時(shí)鐘中斷發(fā)生，調(diào)度模塊將正在運(yùn)行的進(jìn)程調(diào)入到就緒隊(duì)列。

五、進(jìn)程的上下文環(huán)境是什么？

? ? 在張先生去為兒子包扎傷口時(shí)，他需要在菜譜上記錄下自己做牛肉排骨湯做到什么地方，以便回來之后繼續(xù)做。同理，操作系統(tǒng)在進(jìn)行系統(tǒng)切換時(shí)，也同樣要記錄下該進(jìn)程的上下文環(huán)境。

于是我們創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)--進(jìn)程控制塊(ProcessControl Block)，它主要包括以下幾方面信息：

1、進(jìn)程標(biāo)識符 name：每個(gè)進(jìn)程都必須有一個(gè)唯一的標(biāo)識符，可以是字符串，也可以是一個(gè)數(shù)字。

2、進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài) status：說明進(jìn)程當(dāng)前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將相同的狀態(tài)的進(jìn)程組成一個(gè)隊(duì)列，如就緒進(jìn)程隊(duì)列，阻塞進(jìn)程則要根據(jù)等待的事件組成多個(gè)等待隊(duì)列，如等待打印機(jī)隊(duì)列、等待磁盤I/O完成隊(duì)列等等。

3、進(jìn)程相應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)地址，以便把PCB與其程序和數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。

4、進(jìn)程資源清單。列出所擁有的除CPU外的資源記錄，如擁有的I/O設(shè)備，打開的文件列表等。

5、進(jìn)程優(yōu)先級 priority：進(jìn)程的優(yōu)先級反映進(jìn)程的緊迫程度，通常由用戶指定和系統(tǒng)設(shè)置。

6、CPU現(xiàn)場保護(hù)區(qū) cpustatus：當(dāng)進(jìn)程因某種原因不能繼續(xù)占用CPU時(shí)（如等待打印機(jī)），釋放CPU，這時(shí)就要將CPU的各種狀態(tài)信息保護(hù)起來，為將來再次得到處理機(jī)恢復(fù)CPU的各種狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行。

7、進(jìn)程同步與通信機(jī)制 用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間互斥、同步和通信所需的信號量等。

8、進(jìn)程所在隊(duì)列PCB的鏈接字 根據(jù)進(jìn)程所處的現(xiàn)行狀態(tài)，進(jìn)程相應(yīng)的PCB參加到不同隊(duì)列中。PCB鏈接字指出該進(jìn)程所在隊(duì)列中下一個(gè)進(jìn)程PCB的首地址。

9、與進(jìn)程有關(guān)的其他信息。 如進(jìn)程記賬信息，進(jìn)程占用CPU的時(shí)間等。

每個(gè)進(jìn)程有自己的進(jìn)程控制塊，我們將這些進(jìn)程控制塊組織到一起，存儲在一個(gè)叫進(jìn)程表(Process Table)的結(jié)構(gòu)數(shù)組中。

在本書中，本著簡單實(shí)用的原則，我們的進(jìn)程控制塊只包含了進(jìn)程標(biāo)識符，CPU現(xiàn)場保護(hù)（即寄存器的內(nèi)容），還有局部描述符。程序內(nèi)容如下：

/* 寄存器 */ typedef struct s_stackframe {t_32 gs; t_32 fs; t_32 es; t_32 ds; t_32 edi; t_32 esi; t_32 ebp; t_32 kernel_esp;t_32 ebx; t_32 edx; t_32 ecx; t_32 eax; t_32 retaddr; t_32 eip; t_32 cs; t_32 eflags; t_32 esp; t_32 ss; }STACK_FRAME;/* PCB進(jìn)程控制塊 */ typedef struct s_proc {STACK_FRAME regs; /* 寄存器 */t_16 ldt_sel; /* LDT選擇子 */DESCRIPTOR ldts[LDT_SIZE]; /* LDTs */t_32 pid; /* 進(jìn)程號 */char p_name[16]; /* 名字 */ }PROCESS;

六、如何創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程？

? ? 首先我們要申請一個(gè)進(jìn)程控制塊(PCB)，然后為新的進(jìn)程分配資源（本程序內(nèi)為堆棧），繼而初始化進(jìn)程控制塊，最后將隊(duì)列加入就緒隊(duì)列（本程序即進(jìn)程表）。

? ? 在本程序內(nèi)，我們是這樣做到的

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的全面剖析《自己动手写操作系统》第六章---进程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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