二进程与线程

2.1 进程与线程

2.1.1 进程的概念和特征

1 进程的概念

为使参与并发执行的每个程序都能独立运行，必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块PCB

系统利用PCB描述进程的基本情况和运行状态，进而控制和管理进程。

程序段、相关数据段、PCB构成了进程实体

创建进程就是创建进程的PCB，撤销就是撤销进程的PCB

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配的独立单位（资源指时间片，决定了进程是一个动态的过程性的概念）

2 进程的特征

动态性；进程是程序的一次执行，有生命周期，动态地产生、变化、消亡。动态性是进程最基本的特征。

并发性；多个进程同存于内存中。引入进程的目的就是使进程能和其他进程并发执行。并发性是进程的重要特征，也是操作系统的重要特征。

独立性；指进程是一个能独立运行、独立获得资源的基本单位。

异步性；进程相互制约，各进程按独立的不可预知的速度向前推进，需要在操作系统中配置相应的进程同步机制。

2.1.2 进程的组成

1 PCB

进程创建的主要工作：

1. 申请空白的 PCB (进程控制块)

PCB是操作系统管理进程的核心数据结构，也是进程存在的唯一标志。操作系统首先要在内存的内核区中为新进程申请一个空白的 PCB 结构。如果系统资源耗尽，PCB 分配失败，进程创建就会报错。

2. 分配唯一的进程标识符 (PID)

操作系统会为这个新申请的 PCB 分配一个全局唯一的数字 ID，也就是 PID。同时，会在新进程的 PCB 中记录下是谁创建了它（即父进程的 PID），从而建立起进程间的家族树关系。

3. 为进程分配运行资源 (内存等)

操作系统需要为新进程分配运行所需的物理内存或虚拟内存空间，用来存放程序的代码段、数据段以及程序运行所需的栈和堆。

实战细节补充：在现代 Linux 系统中，如果是通过 fork() 创建子进程，系统并不会立刻把父进程的内存全部拷贝一份，而是采用**写时复制（Copy-on-Write, COW）**机制。子进程起初只是共享父进程的物理内存，只有当父子双方有一方试图修改数据时，操作系统才会真正为修改的那一页数据分配新的物理内存。这极大地提高了进程创建的效率。

4. 初始化 PCB 中的各项信息

分配好资源后，操作系统需要把进程的初始状态写进 PCB 里，主要包括：

程序计数器（PC）：将其指向程序的入口地址（或者是 fork() 之后的下一条指令）。

寄存器状态：初始化各种 CPU 寄存器的值，为进程日后上 CPU 运行做好准备。

控制与状态信息：将进程的初始状态设置为就绪态，并赋予它一个初始的调度优先级。

5. 将进程插入就绪队列

一切准备就绪后，操作系统会将这个填满信息的 PCB 节点挂载到系统的就绪队列中。