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进程概述

程序与进程

  • 程序：包含一系列二进制信息的文件，用于描述如何创建一个进程。程序存储于磁盘中。包含：二进制格式标识、程序入口地址、机器码指令、数据、符号表与重定位表（如调试信息）、共享库与动态链接信息、其他。

  • 进程：进程是正在运行的程序，一个程序的实例，占用内存与CPU等资源。进程是一个程序关于某个数据集的运行活动，是传统操作系统中基本的分配单元与执行单元。

  • PCB（Processing Control Block）：内核中一个复杂的数据结构，用于描述进程的运行状态，包含：进程标识、进程状态、虚拟内存表、文件标识符表、信号传递与处理有关信息、进程资源使用与限制信息、当前工作目录、其他。

    PCB的定义源码见/usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h::task_struct。

并发与多道程序

  • 单道程序：早期计算机仅支持一个程序在计算机上运行，不支持多个程序同时运行。它是效率低下的。
  • 多道程序：通过时序控制程序，使多个程序任务穿插进行，多个程序共享系统资源，同时处于开始到结束之间的状态。多道程序由于快速切换任务并将原任务挂起，可以更好的分配系统资源，使CPU始终处于忙碌状态，类似于流水线原理。多道程序中的“多道程序”是宏观上的体现，实际上同一时刻，一个CPU上只能运行一个程序。
  • 时间片：多道程序进程切换的单位。当一个程序占用CPU一个时间片后，将会被立即挂起，由下一个程序占用，从而使多个任务穿插进行。Linux中时间片的长度为5ms~800ms。
  • 并行（parallel）：多个程序同时在多个处理器执行。
  • 并发（concurrency）：多个程序同时在一个处理器穿插执行。

进程状态转换

五态模型

  • 新建态：进程创建，但尚未获取任何系统资源。

  • 就绪态：进程准备就绪，获得除CPU资源外的一切资源，等待CPU资源，此时进程一旦获取CPU资源就能立即进入运行态。就绪态进程将进入就绪队列等待，就绪队列依次被CPU调度，正常结束时间片的进程将进入就绪队列队尾。

  • 运行态：进程占用CPU运行。

  • 阻塞态：进程等待IO请求，包括：等待读取磁盘、等待网络响应、等待用户事件、其他。这种状态通常称为挂起/睡眠（sleep）。

  • 终止态：进程正常结束、异常结束或强制结束。终止态进程释放用户区数据、保留内核区数据，等待父进程回收内核区数据。进程可以从任何状态进入终止态，通常在运行态结束。

注：为什么终止态进程不释放内核区数据？ 内核区数据保存进程结束状态信息，如果进程异常结束，父进程有可能需要获取其结束状态信息，进行异常处理。

三态模型

  • 三态模型：就绪态，运行态，阻塞态