??进程(process)一直一来都没有一个较為严格的定义大多是从其功能的角度解释它。那么进程和程序之间是怎样的一个关系呢我们先来看看程序，程序就是指令的一个集合是一个静态的概念，而在多道程序设计系统中CPU在各个程序之间来回切换，这个程序运行一会儿另一个程序运行一会儿就是说各个程序是并发执行的。由于多道程序设计系统中各个程序需要共享资源从而程序之间存在相互制约的关系，这些所有的一切都是在程序执行嘚动态过程中发生因此”程序“本身这个静态的概念已经不能反映在并发环境中的状态了。因此有了
“ 进程 ”这个概念根据上面的描述，我们可以将进程定义为：程序在并发环境中的动态执行过程 因此我们可以总结出进程的特性：
(1) 动态性： 进程是程序的执行过程，它囿生有死，有活动有停顿，可以处于不同的状态
(2) 并发性： 多个进程实体都可以在内存中在一段时间内得到运行，这样使得一个进程的程序与其他进程的程序并发执行，各个进程向前推进的速度不可预知也就是以异步的方式进行。
(3) 调度性： 进程是系统中的资源申请單位也是被调度的单位。
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2.1 进程的基本状态
??既然进程是程序的执行过程那么它就一定有它的状态，一般来讲可以将进程分为三种状態：运行状态(Running)就绪状态(Ready)，阻塞状态(Blocked)
运行状态是指当前进程已经分配到CPU，它正在处理机上执行的状态处于这种状态的进程数目不能大於CPU的数目，如果在单CPU的机器上任何时刻最多只能有一个进程正在运行。
就绪状态是指进程已经具备了可运行的条件但由于其他进程正茬占用CPU，使得它不能运行而处于等待分配CPU的状态一旦CPU资源分配给它，就可以立即运行
阻塞状态是指因等待某个事件的发生（如等待某個输入，等待其他进程发来的信号）而暂时不能运行的状态因此它只能 “待命”等待这个事件的发生，处于这汇总状态的进程即使CPU有涳闲也不能运行。
??也有一些系统新增加了新建状态和终止状态两种状态新建状态指刚刚被创建还未放入就绪队列，终止状态指进程甴于正常结束或者出现错误而被迫终止（非正常终止）所处的状态处于终止状态的进程是不能被再次调度的，它的结局只能是被系统撤銷下面给出了五种状态的关系以及转换关系：
??进程活动是通过在CPU上执行一系列程序和对数据的操作完成的，因此程序和数据是进程嘚部分实体但是进程的动态特性，例如当前所处状态调度信息，以及自身属性并没有被反映出来因此我们需要一个能够描述这些特性的数据结构，这个数据结构被称为进程控制块(PCB)此外程序的执行过程必须包含一个或多个栈，用来保存过程调用和相互传递参数的踪迹所以，程序数据集合，PCB和栈共同组成进程在系统中的存在和活动的实体
??那么PCB这个数据结构中都有哪些东西呢？它作为进程中动態的反映一般包含以下几个部分：
（1）进程名： 它是唯一的标志对应进程的一个标识符或者数字，一般来讲我们用PID也就是进程标识号作為唯一标识
（2）特征信息： 包括是系统进程还是用户进程，进程实体是否常驻内存等
（3）进程状态信息： 指明进程所处的状态，运行態还是就绪态等
（4）调度优先权： 指明了进程获取CPU的优先级别，如果多个进程竞争CPU一般选择让优先级高的进程占用CPU。
（5）通信信息： 反映该进程与其他进程的有什么样的通信关系如等待哪个进程的信号等。
（6）现场保护区： 当进程由于某些原因而放弃使用CPU时需要把咜的部分与运行相关的信息保存起来，当再次获得CPU使用权的时候恢复正常运行
（7）进程实体信息： 指明该进程的程序和数据的存储情况，在内存或外部存储器的地址
（8）其他信息 ??每一个进程都有唯一的进程控制块，操作系统根据PCB对进程进行控制和管理因此在进程嘚整个生命周期，系统对进程的控制和管理是通过PCB实现的PCB是进程存在的唯一标识。
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2.3 进程间的组织方式
??我们知道系统中有很多的进程而这些进程又各自有不同的状态，为了高效地对这些进程进行管理和控制就需要选择一种合理的方式来组织它们。一般进程的组织方式有线性方式链式方式和索引方式。
它是最简单的方式也最容易实现，简单地说就是首先确定好系统中同时存在的进程的最大数目茬分配空间时，将所有的PCB都放入到这个队列中在早期Unix就是采用的这种方式。这样的方式有很大的缺点：其一限制了系统中的最大进程數；其二，由于采用这种简单的顺序存放的特点在CPU调度时，为了选择合理的进程投入运行需要扫描整个表，从而影响了调度的效率
咜是最常用的组织方式，它的实现原理是根据系统中的进程的不同状态分别将它们的PCB放入到不同的队列中，每一个队列对应了一种不同嘚状态然后附设不同状态的指针分别指向这些队列，例如运行指针指向运行队列；阻塞指针指向阻塞队列；就绪指针指向就绪队列在調度时，CPU调度程序将就绪队列队首的PCB取出投入运行当正在运行的进程阻塞时就将这个PCB从运行队列摘除，然后将它加入阻塞队列的队尾甴于阻塞的原因有很多，因此可以设置多个阻塞队列不同的阻塞原因对应一个阻塞队列。当某个条件满足时就将阻塞队列队首的PCB取出將其加入就绪队列，等待CPU的分配其实，就绪队列往往是按照优先级的高低分成多个队列具有同一优先级的PCB排在一个队列上，现代UNIX系统僦是采用的这种方式
??索引方式： 利用索引表记录不同状态的进程PCB地址，系统通过建立几张索引表各自对应不同的状态，例如就绪索引表阻塞索引表。状态相同的进程PCB组织在同一索引表中每一个索引表的表目中存放一个PCB地址，索引表在内存的起始地址放在专用的指针中如下图所示
??进程之间存在族系关系，即父进程创建子进程子进程在创建子进程，通过执行相应的系统调用对进程实施管理例如创建，执行终止等。
??一个进程可以动态地创建新的进程前者称为父进程，后者称为子进程创建新进程时要执行创建进程嘚系统调用（如linux系统中的fork），主要操作有4步：
（1）申请一个空闲的PCB： 从系统的PCB表中找出一个空闲的PCB并指定PID。
（2）为新进程分配资源： 根據调用者所需的内存大小为新进程分配必要的内存空间，存放其程序和数据以及工作区
（3）初始化PCB： 根据调用者的参数初始化，这参數包括新进程名，父进程标识符进程优先级，本进程开始地址等
（4）将新进程假如就绪队列中： ??一个进程派生新进程可能有两種执行方式，其一是父进程和子进程并发执行；其二是父进程等待它的某个或多个子进程终止
??进程终止的原因有很多，主要可以分為：正常终止当进程执行完后，使用exit调用要求操作系统删除它；异常终止，出现某些错误或者异常；外部干扰包括操作系统敢于和操作员干预，当父进程终止时操作系统会自动终止其所有的子孙进程。一旦系统出现要求进程终止的事件后便执行系统调用（如linux的exit，其过程如下）
（1）从PCB表中找到指定 进程的PCB如果它处于运行状态则立刻终止运行。
（2）回收该进程占用的所有资源
（3）如果该进程有子孫进程则终止所有子孙进程并回收所有资源。
（4）将被终止的PCB从原来的队列中摘走以后由父进程从中获取数据并释放它。
??一个进程經常需要与其他进程通信正在运行的进程因为提出的服务请求未被操作系统满足就变为阻塞状态，等待事件后再次被唤醒正在运行的進程通过阻塞原语（如linux的sleep）主动将自己阻塞，过程如下：
（1）立即停止当前进程的执行
（2）将当前进程CPU的现场送到PCB的现场保护区保存，依次重新运行时恢复现场
（3）将该进程的PCB中的状态由运行态改为阻塞态，并放入相应的阻塞队列
（4）调度程序重新从就绪队列中选取匼适的进程投入运行。
??当阻塞进程等待的事件已经满足时则由另外的与阻塞进程相关的进策划那个调用唤醒原语（如linux的wakeup）将该进程喚醒。过程如下：
（1）把阻塞进程从阻塞队列中摘除
（2）将现行状态改为就绪态并将该进程插入就绪队列。
（3）如果唤醒的进程比当前運行的进程优先级高则设置重新调度的标志。 我们可以看到阻塞原语和唤醒原语是相对的存在进程的阻塞是自己调用阻塞原语让自己阻塞，然后让别的进程来唤醒它们是成对出现的。如果没有唤醒那么这个进程就要长眠了。
??之前我们说了进程是资源的分配单位囷调度执行的单位由于进程是资源的拥有者，因此它的负载很重在进程的创建，切换删除过程中要付出很大的时间和空间的开销，這样便限制了系统中进程数目和并发活动的程度因此在现在很多操作系统中只将进程作为资源的拥有者，而调度和运行的属性赋予给线程(Thread)因此线程是进程中实施调度和分派的基本单位。因此线程是轻量级的进程如果把进程表示为在逻辑上操作系统要完成的任务，那么線程就是完成这个任务的许多子任务
??每个线程都有一个Thread结构，也就是线程控制块用于保存自己的私有信息，它包括以下4部分：
（1）一个唯一的线程标识符
（2）描述处理器工作情况的一组寄存器
（3）两个栈指针一个指向核心栈，一个指向用户栈当线程在用户态下執行时，就使用自己的用户栈当用户线程转变到核心态运行就使用核心栈
（4）私有存储区，存放现场保护信息和其他与线程相关的统计信息
线程必须在某个进程内执行，它所需要的其他资源都由它所属的进程拥有一个进程可以包含一个或多个线程，多个线程除了自己私有的少量资源外要共享所属进程的全部资源。线程和进程相似也有它的状态需要注意的是进程和线程的关系：一个进程至少要有一個线程，并且一个线程只能在一个进程的空间活动；进程是资源的拥有者同一进程的所有线程共享该进程所有资源；处理机分配给线程，也就是说真正在处理机上运行的是线程
