浅谈操作系统和进程

前言

操作系统是一个软件，对下要管理硬件设备，对上要给软件运行提供稳定的运行环境。操作系统是软硬件及用户之间交互的媒介。最常见的操作系统有Windows 98，2000，xp，vista，win7，win8，win10，win11，linux，mac，ios（与mac同宗同源）。

操作系统的定位：

 进程：

进程是操作系统资源分配的基本单位，每个进程都对应一些资源。一个跑起来的程序就是一个进程，进程（process）也叫做任务（task）。

       进程是一个重要的“软件资源”，是由操作系统内核负责管理的。操作系统通过“描述+组织”的方式进行管理进程，其中描述就是讲清楚都有哪些特征，组织就是通过一定的数据结构，把多个这样的基本单位串起来。操作系统基本上都是C/C++写的，使用C语言的结构体来描述进程属性，有一个名字叫做PCB（进程控制块）。通过双向链表来把多个PCB串到一起，创建一个进程，本质上就是创建一个PCB这样的结构体对象，把它插入到链表中。销毁一个进程，本质上就是把链表上的PCB节点删除掉。在任务管理器查看到进程列表，本质上就是遍历这个PCB链表。

那么PCB是怎么描述进程的特征的呢？

1.pid进程的身份标识符（唯一的数字）

2.内存指针，指向了自己的内存是哪些

3.文件描述符表，表示硬盘上的文件等资源

其中内存指针和文件描述符表描述了进程持有了哪些硬件资源。

4.进程调度相关的属性

 

 因为CPU是有限的，但是进程数量一般地都是成百上千个，这样一个“狼多肉少”的局面，操作系统就要合理的调度这些进程（并行+并发）。

1.进程状态

就绪状态（随叫随到）、运行状态、阻塞状态（短时间内无法到CPU上执行，比如该进程在进行密集的IO操作）

2.优先级

进程也是需要分优先级的，先调用谁后调用谁，谁分配的资源多谁分配的资源少

3.上下文

操作系统在进行进程切换的时候，就需要把进程执行的“中间状态”记录下来保存，下次这个进程再被执行的时候就可以恢复到上次的状态，继续往下执行。上下文本质上就是存档的内容，进程的上下文就是CPU中各个寄存器的值，保存上下文就是把这些CPU寄存器的值记录保存到内存中，恢复上下文就是把内存中的这些寄存器值给恢复回去。

4.记账信息

操作系统统计每个进程在CPU上占用的时间和执行的指令数量，根据这个来决定下一阶段该如何调度。

进程的虚拟地址空间

程序中所获取到的内存地址,并非是真的物理内存的地址.而是经过了一层抽象，虚拟出来的地址。针对进程使用的内存空间,进行"隔离"引入了虚拟地址空间。代码里不再直接使用真实的物理地址了，而是使用虚拟的地址，由操作系统和专门的硬件设备负责进行虚拟地址到物理地址的转换。

 

虚拟地址空间,主要就是为了避免进程之间相互产生影响。操作系统内核发现当前这里的地址超出进程1的访问范围了，此时就直接会向进程反馈一个错误。(具体来说是发送一个SIGN SEGEMENT FAULT信号,引起进程的崩溃)。谁出了bug,谁崩溃，其他进程不受影响了。

进程间通信

解决了进程间相互影响的问题。虽然进程隔离了，但是又引入了新问题，有些时候,确实进程之间,需要进行数据的交互。需要搞一个多个进程都能访问到“公共空间"，基于这个公共空间来进行交互数据即可，在Java中一般会基于文件或网络来进行通信。