初步了解进程、进程调度的基本属性、进程间通信

目录

一、什么是进程？

1、什么是程序？

2、什么是进程控制块（PCB）？

3、什么是进程实体（进程映像）?

 4、什么是进程？

4.1、进程的五种基本状态：

4.2、 进程的执行周期

4.3、并发和并行 

二、为了实现进程调度的一些基本属性

状态

优先级

记账信息

上下文

所谓的调度就是进行时间管理

三、进程间通信

进程通信的方式分类：

第一种：共享存储。

第二种进程通信方式：消息传递。

 第三种通信方式：管道通信

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一、什么是进程？

1、什么是程序？

• 程序就是一个指令序列

2、什么是进程控制块（PCB）？

• 系统为每个运行的程序排至一个数据结构，称为进程控制块 (PCB——progress control block)
• 里面有进程的寄存器、进程编号、内存界限、程序计数器等

3、什么是进程实体（进程映像）?

• PCB、程序段、数据段三部分构成进程实体
• PCB：内存中存储，记录进程生存周期内状态变化的存储区域。不同操作系统有不同的进程控制块格式和信息，但基本包括进程标识符，当前状态，现场保护区，存储指针，占用资源表以及进程优先级等信息。它是进程存在的唯一标志。
• 程序段：描述进程本身要完成的功能
• 数据段：程序加工的对象和场所

 4、什么是进程？

• 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源和资源调度的一个独立单位
• 进程并不等同于进程实体，进程实体是静态的，进程是动态的

4.1、进程的五种基本状态：

创建态：进程正在被创建，系统为其初始化PCB，分配资源。

运行态：占有cpu,并且就在cpu上执行。

就绪态：已经具备运行条件，但由于没有空闲cpu,而暂时不能运行。（也就是cpu没有调度到它）

阻塞态：因等待某一事件而不能运行。

终止态：进程正在从系统中撤销，回收进程的资源，撤销其PCB。

图示：

注：

• 就绪态通过进程调度可以变为运行态，运行态通过中断变为就绪态，运行态通过io请求等待事件进入阻塞态，阻塞态被唤醒，即等待事件结束，就变为了就绪态。
• 不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态
• 运行态——>阻塞态是一种进程自身做出的主动行为

4.2、 进程的执行周期

为了管理进程，系统会先创建一个PCB，PCB被创建后，会做以下五项工作：

1. 标记进程身份：为每个进程创建一个pid，用于区分不同的进程；
2. 标记进程状态：运行、阻碍、就绪等状态；
3. 存储进程的内存指针；
4. 为进程创建描述符表；
5. 记录进程的调度信息：如执行了多少行代码，等待了多久等；

4.3、并发和并行 

• 系统以时间片轮转的方式“同时”执行多个进程的情况，我们把它叫做并发；
• 随着计算机硬件水平的飞速发展，如今的计算机不再是单一核心的CPU，多核心的好处就是每一个核心都能执行一个进程，所以一个CPU可以同时执行多个进程，我们把这种情况叫做并行；

二、为了实现进程调度的一些基本属性

状态

这个状态描述了当前这个进程接下来应当怎么调度

就是上述的五种基本状态

优先级

先给谁分配时间，后给谁分配时间

以及给谁分的多，给谁分的少

记账信息

统计了每个进程，都分别执行了多久，分别执行了哪些指令

分别都排队等了多久

给进程调度是供指导依据的

上下文

就表示了上次进程被调度出CPU的时候，当时程序的执行状态

下次进程上CPU的时候，要可以恢复之前的状态，然后继续执行下去。

进程呗调度出CPU之前，要先把cpu中的所有寄存器中的数据都给保存到内存中

详单与存档了

下次进程再被调度上CPU的时候，就可以从刚才的内存中恢复这些数据到寄存器中

相当于读档

存档+读档----

所谓的调度就是进行时间管理

进程的调度，其实就是系统在考虑CPU资源如何给各个进程分配~

由于操作系统上，同时进行多个进程

如果某个进程，出现BUG，进程崩溃了，是否影响其他进程呢？

依靠“进程的独立性”来保证，依靠“虚拟地址空间'

进程之间现在通过虚拟地址空间，已经各自隔离开了

但实际工作中进程之间的的时候还是需要相互交互的。

三、进程间通信

进程通信的方式分类：

第一种：共享存储。

        共享存储就是操作系统另外分配一个内存区域用于进程间的通信，这就是共享空间，两个进程都可以访问这个共享空间，但是两个进程对共享空间的访问必须是互斥的，即同一时间段只能有一个进程访问这个空间。

然后共享存储又分为基于数据结构的共享和基于存储区的共享。

1. 基于数据结构的共享：比如它的共享空间只能放一个长度为10的数组，数据量比较小，存储的数据形式也有限制。所以这种方式速度慢，限制多， 是一种低级通信
2. 基于存储区的共享：此时操作系统只负责提供内存，然后由进程来控制数据的形式和存放位置。所以这种方式速度更快，是一种高级的共享方式。

第二种进程通信方式：消息传递。

        进程间的数据交换以格式化的消息为单位，进程通过操作系统提供的“发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换。也就是说：一个进程调用“发送原语"这个api就可以把消息发送出去，通过”接收原语“就能取出消息。

        一个消息包括消息头和消息体，消息头包括：发送进程的id,接收进程id，消息类型，消息长度等格式化的消息（计算机网络中发送的”报文“其实就是一种格式化的消息）。而消息体就是消息内容了。

消息传递又包括两种通信方式：直接通信方式和间接通信方式。

1.  直接通信方式：消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列上。也就是说，每个进程都有一个消息缓存队列。当进程A要给进程B通信，就先调用发送原语，把消息发送到进程B的消息缓存队列当中，然后进程B会调用接收原语，从自己的消息缓存队列当中取出消息。
2. 间接通信方式：消息要先发送到中间实体（信箱）中，因此也称信箱通信方式，比如计算机网络中的电子邮箱系统。这就类似于，有一个中间部门专门管理这些信息，每个进程发送消息都是发送到这里，每个进程接收消息都是从这里取出。因为有消息头的目的进程id等信息，所以这一切都可以实现。

 第三种通信方式：管道通信

        管道：是指用于连接读写进程的一个共享文件，又名pipe文件。其实就是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区。它的大小一般是和系统的内存页面大小一样，比如linux默认的内存页面大小是4kb，所以linux的管道大小也是4kb.

1.管道是才有半双工通信，简单说就是同一时间只能实现单向传输，要实现双向同时通信，则需要两个管道。

2.各进程要互斥地访问管道。

3.数据以字符流的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待进程将数据读走。当都进程将数据全部取走后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将被阻塞。

4.如果没写满，就不会允许读。如果没读空，就不允许写。

5.数据一旦被读出，就会从管道中抛弃，这就意味着读进程最多只能有一个，否则可能会有读错数据的情况。

目前，主流操作系统提供的进程通信机制有如下：