简单概述
什么是进程？
是程序的1次执行（程序执行的1个实例）
每个进程有自己的地址空间。
为什么引入进程？
多任务的需要。在内存中同时有多个可执行的进程，如果某一个进程去请求I/O了，那么CPU就会空闲，这时候其他进程如果不执行的话，CPU利用率就会很低，所以进程并发执行以提高效率（特别是CPU的利用率）。
因此，需要对进程进行管理，以避免冲突：
借助于PCB，记录进程的描述和控制信息、上下文状态
1 进程和程序区别
进程是程序的1次执行。
进程（Process）和程序（Program）是两个不同的概念，它们在计算机科学中有明确的区别：
- 程序（Program）：
- 定义：程序是一组计算机指令的有序集合，这些指令被编写成一个文件，通常以可执行文件的形式存在。程序是静态的，它只是一段代码的集合，等待被执行。
- 特点：程序包含了计算机程序员编写的源代码，它描述了一系列任务的算法和逻辑，但并没有实际执行。程序不占用计算机的内存空间，也不消耗计算机的CPU时间。
- 例子：一个文本编辑器的程序文件、一个游戏的可执行文件、一个网页浏览器的应用程序等都是程序的例子。
- 进程（Process）：
- 定义：进程是计算机中正在运行的程序的实例。它是程序在内存中加载并执行时的活动状态，包括程序的代码、数据、执行状态、系统资源分配等。
- 特点：进程是动态的，它占用计算机的内存空间，可以执行计算机指令，与其他进程并发运行。每个进程都有自己的独立内存空间，因此它们不会相互干扰。进程可以创建、启动、暂停、终止等。
- 例子：当运行一个文本编辑器、播放音乐、浏览网页或打印文档时，每个活动都对应一个独立的进程。
总结来说，程序是静态的、不执行的计算机指令集合，而进程是程序的运行实例，它占用计算机内存，执行指令，并与其他进程一起协同工作。进程是计算机操作系统中的核心概念，它使多任务处理成为可能.
可以将程序和进程比喻为烹饪的过程：
- 程序（Program）就像是一本菜谱。菜谱是一份详细的食物制作指南，它包含了食材清单、烹饪步骤和所需的厨具。但菜谱本身并不能做出美味的食物，它只是一份指导，等待着被厨师（计算机）读取和执行。就像您需要拿出菜谱并按照其中的步骤去做一道菜一样，计算机需要将程序加载到内存中并执行其中的指令。
- 进程（Process）就像是正在烹饪中的一道菜。当您选择一道菜谱并开始烹饪时，您实际上在制作一道具体的菜肴。这个菜肴有自己的成分、调味料和烹饪状态。它在火上烹煮、被切割、被摆盘等等。这个菜肴是实际被制作和提供给食客的，就像进程是正在计算机内存中运行和执行的程序实例。
所以，程序就像是一份指导，而进程是实际的动态执行。程序是静态的，而进程是具体的、可见的操作。
2 进程状态
2.1 进程的5种基本状态
（1）新建（new）：进程正在被创建。
（2）就绪（ready）：进程可运行，正等待获得处理机。
（3）运行（running）：进程的指令正在被执行。
（4）阻塞（blocked）或等待：进程因等待某事件（如请求I/O）而暂停执行。
（5）完成（done）：进程结束。
2.2 进程状态之间转换
2.3 七状态模型
在五状态的模型基础上，引入挂起（即 进程此时在外存等待）
就绪(Ready)：进程在内存且可立即进入运行状态
阻塞(Blocked)：进程在内存并等待某事件的出现
阻塞挂起(Blocked, suspend)：进程在外存并等待某事件的出现
就绪挂起(Ready, suspend)：进程在外存，但只要进入内存，即可运行
运行
新建
完成
注意 挂起都在外存
挂起：把进程从内存转到外存
激活：把进程从外存转到内存
补充：
时间片是操作系统给程序分配的时间，保证一个进程不会一直占用CPU资源不释放造成混乱
3 进程描述
3.1 进程控制块 PCB
作用
1 是OS管理和控制进程的数据结构。
2 PCB记录着进程的描述信息。
每个进程对应1个PCB。
信息内容
（1）进程本身的标识信息
进程标识符pid(process ID)：整数，由OS分配，唯一
用户标识符uid(user ID)：创建该进程的用户
对应程序的地址：内存、外存
（2）CPU现场 - 为进程正确切换所需
所有寄存器的值 或称进程上下文(context)
因为要切换走进程！所以要保护当前进程的上下内容，使得切换回来的时候可以继续正常执行
（3）进程调度信息
进程的状态
优先级
使进程阻塞的条件
占用CPU 、等待CPU的时间（用于动态调整优先级）
（4）进程占用资源的信息
进程间同步和通信机制，如信号量、消息队列指针
打开文件的信息，如文件描述符表
CPU现场 - 为进程正确切换所需
所有寄存器的值
或称进程上下文(context)
Linux的进程控制块:task_struct
进程创建时，由OS创建PCB;进程终止时，由OS撤销PCB；进程运行时，以PCB作为调度依据。
3.2 进程块组织方式
一般来说，系统把所有PCB组织在一起，并把它们放在内存的固定区域，构成PCB表。
PCB表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程个数。
同一状态进程的PCB组成一个链表，不同状态对应多个不同的链表，如就绪链表、阻塞链表
4 进程控制
进程控制就是要对我们上述讲到的进程状态之间做转换
基本概念
原语
创建、撤销进程以及完成进程各状态之间的转换，由具有特定功能的原语完成
原语 由若干指令构成的具有特定功能的函数
具有原子性，其操作具有不可分割性
如：
进程创建原语
进程撤销原语
阻塞原语
唤醒原语
挂起原语
激活（解挂）原语
改变进程优先级
5 进程同步 互斥
在执行时间上互相重叠（或交替），一个进程的执行尚未结束，另一个进程的执行已经开始的执行方式。
这样会有一个问题
因为资源共享的问题，结果会产生不确定性
举一个例题
为此，引入同步（synchronization）和互斥（mutual exclusion）。
临界资源 一次只允许一个进程独占访问（使用）资源 ，越小越好
临界区 进程中访问临界资源的的程序段
5.1 区分进程互斥和同步
互斥是指执行某个进程的时候访问某一临界资源的时候，另一个进程不能执行访问这一临界资源。
经典只有互斥问题：打印机打印
同步是指完成某一进程执行是有条件的，必须等另一个进程的某一资源结束才可以
经典只有同步的问题：售票员售票
既有互斥又有同步问题：消费者问题
5.2 核心方案
信号量
利用信号量P-V操作可以实现进程的互斥访问
利用信号量P-V 操作可以实现进程的同步访问
5.3 其他方案
实现互斥方案
一个好的互斥方案应满足以下条件：
（1）任何两个进程不能同时处于临界区。
（2）临界区外的进程不应阻止其他进程进入临界区。
（3）不应使进程在临界区外无休止地等待。就是说，临界区代码执行时间要短。
（4）不应对CPU的个数和进程之间的相对运行速度作任何假设。
方案1 设置锁变量
即设置一个共享变量lock
当lock=0的时候，临界区内无进程，初始值
当lock=1的时候，临界区内有进程
1 | while(lock); |
可能的问题
1 会导致两个进程同时进入临界资源
比如进程1走到lock=1的时候，还没来得及上锁（修改lock的值为1）就被切换走了，这时候其他进程 就可以避免while也进入临界区
2 可能会存在盲等待 走到lock=0的时候，还没来得及解锁就被切换走了，这时候其他进程都进不来！
所以这种方案是错误的，不能达到效果
方案2 严格轮转法
设置共享变量turn，以指示进入临界区的进程号
以两个进程为例
turn=0的时候允许进程0进入临界区，初始值
turn=1的时候允许进程1进入临界区
进程0
1 | while (turn != 0); |
进程1
1 | while (turn != 1); |
本质互为锁
可能的问题
进程可能会被临界区之外的进程阻塞
方案3 Peterson解决方案
设置一个共享变量process，代表此时进入临界区的进程号
1 | enter_region(process); //process是 进入/离开临界区的进程号 |
当一个进程想进入临界区时，先调用enter_region函数，判断是否能安全进入，不能的话等待；当进程从临界区退出后，需调用leave_region函数，允许其它进程进入临界区。
两个函数的参数均为进程号
以两个进程为例子
1 |
|
方案4 关中断
由于进程在切换进程的时候 必须进行中断处理，既然如此的话
我们可以在一个程序进入临界区域之前，将中断功能给关闭，简称关中断！
1 | 关中断； |
缺点
1 对多处理机系统无效，因为每个处理机有自己的中断开关
2 关中断权利交给用户不合适
方案5 机器指令实现的互斥
即保证某些内容他是直接互斥的
