目录
进程的概念
进程
中断
并发与并行
进程和程序的关系
进程的状态
状态延申
进程的控制结构
进程描述信息：
进程控制和管理信息：
资源分配清单：
CPU相关信息：
PCB如何组织
进程的控制
创建进程
终止进程
阻塞进程
唤醒进程
进程的上下文切换
发生进程上下文切换的场景
进程的概念
进程
我们写的代码经过编译后可执行文件，运行这个可执行文件，它就被加载到了内存中，这个在运行中的程序就是进程。
中断
假设某个进程要读取磁盘，因为读取磁盘的时候，磁盘读写速度慢，如果CPU一直等待磁盘读取完，这样CPU利用率很低。于是CPU不会阻塞等待数据返回，而是执行别的进程，当硬盘数据返回的时候，CPU收到中断，CPU再运行这个程序。
并发与并行
CPU管理多个进程，一个单核CPU只能运行一个进程，在一段时间内可以运行多个进程，他们是交替执行的，这就是并发。当多个CPU处理器核，每个处理器核各自运行自己的进程，这就是并行。
对于单CPU，因为进程切换速度快，所以多个程序看起来是同时运行像并行一下，实际上微观上是并发。
进程和程序的关系
程序好比是菜谱，做菜的材料是数据，做菜是进程。假设我们是CPU，我们可以一边做菜一边熬汤，这体现CPU可以从一个进程切换到另一个进程，切换前记录一下当前进程运行的状态信息，以便下次切换回来可以恢复执行，所以，进程有运行-暂停-运行的活动规律。
进程的状态
创建状态：进程正被创建时的状态
运行状态：进程正在CPU运行的状态
就绪状态：进程可以运行了，因为CPU在运行其他进程而暂时停止运行
阻塞状态：进程正在等待某一事件完成（比如IO操作完成）而暂停运行，这时即使有CPU控制权，进程也无法运行
挂起状态：当系统内存紧张，进程占用的物理内存空间被换出到磁盘中，等在需要运行的时候，再从磁盘换入到物理内存中，这个描述进程没有占用实际物理内存空间的情况就是挂起状态。
结束状态：进程正在从系统中消失的状态
状态延申
就绪挂起状态：进程在外存，只有进入内存就进入就绪状态，等待被调度
阻塞挂起状态：进程在外存，等待某个事件出现。
进程挂起的其他情况：
sleep让进程间歇性挂起，原理是设置定时器，到时唤醒
使用ctrl+z挂起进程
进程的控制结构
操作系统用进程控制块PCB（process control block）数据结构来描述进程。
PCB是进程存在的唯一标识，进程消失了，PCB也会消失。
PCB包含的具体信息：
进程描述信息：
进程标识符：标识各个进程，每个进程都有一个唯一的标识符
用户标识符：进程归属的用户，用户标识符主要为共享和保护服务
进程控制和管理信息：
进程的当前状态：如new、ready、running、waiting、blocked等
进程优先级：进程抢占CPU时的优先级
资源分配清单：
有关内存地址空间或虚拟地址空间的信息，所打开文件的列表和所使用的IO设备信息
CPU相关信息：
CPU中各个寄存器的值，当进程被切换的时候，CPU的状态信息都会被保存在相应的PCB中，以便进程重新执行时，能从断点处继续执行
PCB如何组织
PCB通常通过链表的方式进行组织，把具有相同状态的进程链在一起，组成各种队列。比如：
将所有就绪状态的进程链在一起，称为就绪队列。
把所有处于阻塞状态的进程链在一起，称为阻塞队列。
单核CPU只有一个运行指针，因为单核CPU在某个时刻只能运行一个程序
除了链接方式还有索引方式，它的工作原理：将同一个状态的进程组织在一个索引表中，索引项指向相应的PCB。一般选择链表，因为面临进程创建销毁等调度将导致进程状态变化，使用链表更加灵活插入和删除。
进程的控制
创建进程
操作系统允许一个进程创建另一个进程，而且允许子进程继承父进程所拥有的资源
创建进程的过程如下：
1.申请一个空白的PCB，并向PCB中填写一些控制和管理进程的信息，比如进程的唯一标识等；
2.为该进程分配运行时所需的资源，比如内存资源；
3.将PCB插入到就绪队列，等待被调度运行
终止进程
三种方式：正常结束，异常结束，外界干预（信号kill）
子进程被终止时，其在父进程继承的资源应当还给父进程。而父进程被终止时，该父进程的子进程就变为孤儿进程，被一号进程收养，并由一号进程对他们完成状态收集工作。
过程如下：
查找需要终止的进程PCB；
如果处于执行状态，则立即终止该进程的执行，然后将CPU资源分配给其他进程
如果还有子进程，则应将该进程的子进程交给1号进程接管
将该进程所拥有的全部资源都归还给操作系统
将其从PCB所在队列中删除
阻塞进程
当进程需要等待某一个事件完成时，调用阻塞语句把自己阻塞等待。一旦被阻塞等待，它只能由另一个进程唤醒。
过程如下：
找到要被阻塞进程标识号对应的PCB
如果该进程为运行状态，则保护其现场，将其状态转为阻塞状态，停止运行
将该PCB插入到阻塞队列中去
唤醒进程
处于阻塞状态的进程不能叫醒自己，如果进程在等待I/O事件，需要别的进程发消息给它，则只有当该进程所期待的事件出现的时候，才由发现者进程用唤醒语句叫醒它。
过程如下：
在该事件的阻塞队列找到对应进程的PCB
将其从阻塞队列中移出，并置其状态为就绪状态
把该PCB插入到就绪队列中，等待调度程序调度
进程的上下文切换
一个进程切换到另一个进程称为进程的上下文切换。
CPU寄存器中有进程运行中的数据，程序计数器存储CPU正在执行的指令或即将执行的下一条指令位置。这两者是CPU上下文。
CPU上下文切换就是把前一个任务的CPU的上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
根据任务不同CPU上下文切换分为：进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换。
进程由内核管理和调度，进程的切换只能发生在内核态。进程上下文切换不仅包含虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。
通常把交换的信息保存在进程的PCB，当要运行另外一个进程的时候，需要从这个进程的PCB取出上下文，然后恢复到CPU中，这使得这个进程可以继续执行。
进程的上下文切换的开销越小，则进程花更多时间在执行程序上，自然越小越好。
发生进程上下文切换的场景
1.进程的时间片耗尽，进程运行状态变成就绪状态，系统从就绪队列选择另一个进程运行
2.进程在系统资源不足时（比如内存不足），需要等待资源满足后才可以运行，进程被挂起，并由系统调度其他进程运行。
3.进程通过睡眠函数sleep这样的方法将自己主动挂起
4.有更高优先级的进程需要运行，当前进程会被挂起
5.发生硬件中断，CPU上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序
