进程
进程的定义
我们都知道，程序的本质，就是一个指令序列。
在早期的计算机里面，它只支持单道程序。
在一个程序运行的时候，他说，cpu是我的！内存是我的！I/O设备也是我的！
然后呢，他把程序段放在内存的低地址区域，把数据段放在高地址区域。
在引入多道程序技术之后，计算机就可以运行多个程序了。
这个时候，内存中就得放好多的程序段，好多的数据段！
此时，程序是并发的执行的，而操作系统的任务就是找到各个程序段，在内存的位置，找到对应的数据段。
所以，为了让操作系统能更好的去管理各个程序，让他们能并发的执行。引入了我们的主角——进程！
系统会为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述程序代码存放的位置
因此，PCB（Process Control Block），程序段，数据段，构成了进程的实体！
因此，我们平时所说的创建一个进程实际上是指，创建进程实体中的PCB,撤销进程实际上是撤销进程实体中的PCB
PCB是进程存在的唯一标志！PCB是进程的管理者，它记录了进程的信息， 进程控制和管理，资源的分配，处理机相关信息
对于进程，比较传统的定义有：
- 进程是程序的一次执行过程
- 进程是一个程序以及其数据在处理机上顺序执行所发生的活动。
讲的很多东西，都不是人话，总结下来就是，这些定义都在强调进程的一个特性——动态性
我们刚刚说了，程序段，数据段，构成了进程的实体。而进程实体是静态的。严格来讲，进程和进程实体不一样。进程是运行起来的进程实体，它是动态的！！
进程的组织
在一个系统中，通常会有上千个PCB，为了进行有效的管理，我们应该用适当的方式把PCB进行管理
进程的组织方式有两种：链接方式和索引方式。
链接方式
链接方式中有3种指针，指向进程的不同的状态。
- 执行指针指向正在执行的进程
- 就绪队列指针指向处于就绪态的进程（通常会有很多，优先级高的在前面）
- 阻塞队列指针指向处于阻塞态的进程。
索引方式
链接的指向指的是队列。而索引的方式指的是索引。两者很类似。
唯一不同的是，索引表还会再指向不同的PCB
进程的特征
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动态性
进程是程序的一次执行过程，是动态产生，变化，消亡的
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并发性
内存中有多个进程实体，各个进程并发执行
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独立性
进程是能独立运行，独立获得资源，接受调度的基本单位
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异步性
之前我们说过，两个进程争夺一个资源的时候，无法确定抢到速度的快慢，因此它们是按照各自独立，不可预知的速度向前推进的。
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结构性
每个进程都配置了一个PCB。结构上来看，都是PCB，程序段，数据段
重要考点
- 定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源调度和分配的基本单位
- PCB是进程存在的唯一标志，他是进程的管理者
- 程序本身的运行所需要的数据在程序段和数据段
- 动态性：进程最基本特征；独立性：进程是进行资源分配，调度的基本单位
进程的状态和切换
进程的状态——三种基本状态
分为运行态，就绪态，阻塞态。
- 运行态占有CPU，并在CPU上面运行。
- 就绪态具备了运行条件，但是没有空闲CPU，因此在等待（完事具备，只欠CPU）
- 阻塞态因为在等待某个时间暂时不能运行
进程的状态——另外两种状态
我们都知道，一个程序运行的时候，会在内存中创建PCB，程序段，和数据段。
在这个创建的过程，我们就叫他创建态
在进程运行结束（或者遇到一些异常导致进程无法继续进行下去，比如i/0），需要撤销进程，比如回收内存区域，撤销I/O设备的权限
在这个撤销的过程，我们就叫他终止态
因此，进程有5种状态
进程的切换
我们通过一张图，来总体的看一下各个状态的转换。
在创建态完成之后，系统已经做好了准备工作。比如PCB的创建
随机它进入了就绪态，就绪态他拥有了除了处理机以外的其他权限。
随后由于上一个进程的时间片到了，进程被CPU调度，它拥有了处理机的权限！
于是，她就想用系统调用的方式，进入核心态，获得打印机的资源。于是，他就进入了漫长的等待，也就是阻塞态。阻塞状态下，他失去了处理机和其他资源的权限。
等完了以后，申请的资源被重新分配回来了，它又回到了就绪态，此时它又拥有了除了处理机以外的其他权限。
然后它被调度，进入运行态。
程序运行结束了，或者遇到异常了，它进入终止态，从cpu中回收资源，撤销PCB
我们发现，从运行态到阻塞态，是主动申请资源的过程，是主动的
而从阻塞态到就绪态，是等待资源响应的过程，是被动的
进程的控制
基本概念
进程控制简单理解，就是实现刚刚说的5种进程状态的转换
如何实现？
我们知道，操作系统会将很多PCB挂到相应状态的队列当中。
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创建态——>就绪态
需要修改PCB内容进入就绪队列。
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就绪态——>运行态
需要恢复程序运行环境（之前可能没执行完，没到终止态），修改PCB内容和相应队列
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运行态——>就绪态
这是进程切换了，比如进程3切换到进程1，需要修改PCB内容，将他放进阻塞队列
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阻塞态——>就绪态
需要修改PCB内容，将他放进就绪队列。如果等待资源，还需要给进程分配系统资源
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运行态——>终止态
回收资源，撤销PCB
思考一个问题，如果说一个进程将它从一个队列改为另一个队列，但是系统没有改PCB里面的状态标志（PCB的内容）。
这种情况很危险，有可能导致系统错误！！
为了防止这个问题，采用了原语
什么是原语？
原语的特点就是不允许中断，一气喝成。
学过多线程的同学也知道，这其实是原子操作
那原语的本质又是啥呢？
原语采用“开中断”，“关中断”指令实现。
在“开中断”，“关中断”之前的操作，不会被外部中断信号打断。
既然它这么牛，其实我们也可以想到，这是操作系统在核心态中执行的特权指令。
既然说到特权指令，那我们不得不再复习一下操作系统的内核了。
操作系统内核：时钟管理，中断管理，原语，对系统资源的管理（进程管理，存储器管理，设备管理）
进程相关的原语
本质：进程控制会导致进程状态的转换。无论哪个原语，要做的无非3件事情：
1.更新PCB信息（如修改进程状态标志，将运行环境保存到PCB，从PCB中恢复运行环境）
- 所有的进程控制原语就一定会修改进程状态标识
- 剥夺当前运行的CPU之前，就一定得保存其运行环境
- 某进程开始运行前，需要恢复运行期环境
2.将PCB插入合适队列
3.分配/回收资源
进程通信
什么是进程通信？
顾名思义，其实进程通信就是指进程之间的信息交换
进程是系统分配资源的单位，因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。
为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
但是进程之间的信息交换又是必须实现的，为了保障进程间的通信，操作系统提供了一些方法
进程通信——共享存储
我们可以再内存中设置一个共享空间。供两个进程来访问。
这两个进程对共享空间的访问必须是互斥的。
进程通信——管道通信
管道是用于连续读写进程的一个共享文件，其实就是再内存中开辟一个大小固定的缓冲区
但由于上图，我们发现，管道只能采用半双工通信，某一时间段只能实现单向的传输。但如果实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
各个进程对于管道的访问也是需要互斥的进行的
管道通信的具体流程：进程1 往管道内部写入数据，当管道写满的时候，写进程的write（）系统调用将会被阻塞，等待读进程将数据取走。当都进程将数据全部取走以后，此时读进程的read（）系统调用将会被阻塞。
注意：如果没有写满，不允许读。如果没有读完，不允许写；
并且数据一旦读出，就从管道内被抛弃了。这意味着读进程最多只能有一个，否则会有读错的情况
进程通信——消息传递
进程间的数据交换以格式化的消息，（Message）为单位。进程通过操作系统提供的 “发送消息/接受消息”两个原语进行数据的交换。
一个Message包括消息头和消息体。消息头里面包括进程ID，接受进程id，信息类型，消息长度等格式化信息。
而消息传递有分为两种方式——直接通信，间接通信。
- 直接通信就是将Message挂载到接受消息的进程当中，形成一个队列。
- 间接通信就是在俩进程之间设置一个信箱。从中寄出或者取走信息。（有点像公共存储区域）
重要考点
- 共享存储需要互斥的访问空间
- 一个管道只能实现半双工通信（单向）
- 管道通信写满不写，读空不读；没写满不读，没读空不写
- 消息传递的两种方式
