进程
进程是现代操作系统的核心概念，它用来描述程序的执行过程，是实现多任务操作系统的基础。操作系统的其他所有内容都是围绕着进程展开的。
1.1.1程序的顺序执行与并发执行
1.程序的顺序执行
如果程序的个操作步骤之间是以序执行的，程序与程序之间是串行执行的，这种执行程序的方式就称为顺序执行。顺序执行是单道程序系统中的程序的运行方式。
程序的顺序执行具有如下特点：
（1）顺序性：CPU严格按照程序规定的顺序执行，只有当一个操作结束后，下一个操作才能执行。多个程序要运行时，只有当一个程序全部执行结束后另一个程序
才能开始。
（2）封闭性：程序在封闭的环境中运行，即程序运行时独占全部系统资源，只有程序本身才能改变程序的运行环境。因而程序的执行过程不受外界因素的影响，结
果只取决于程序自身。
（3）可再现性：程序执行的结果与运行的时间和速度无关，结果总是可再现的，即无论何时重复执行该程序都会得到同样的结果。
这种执行程序的方式简单，且便于调试。但由于顺序程序在运行时独占全部系统资源，因而系统资源利用率很低。DOS程序就是采用顺序方式执行的。
2.程序的并发执行
单道程序、封闭式运行是早期操作系统的标志，而多道程序并发运行是现代操作系统的基本特征。由于同时有多个程序在系统中运行，是系统资源得到充分的利用，系统效率大大提高。
程序的并发执行是指若干个程序或程序段同时运行。它们的执行在时间上是重叠的。程序的并发执行有以下特点：
（1）间断性：并发程序之间因竞争资源而相互制约，导致程序运行过程的间断。
（2）没有封闭性：当多个程序共享资源时，一个程序的运行受其他程序的影响，其运行过程和结果不完全由自身决定。
（3）不可再现性：由于没有了封闭性，并发程序的执行结果与执行的时机以及执行的速度有关，结果往往不可再现。
可以看出，并发执行程序虽然可以提高系统的资源利用率和吞吐量，但程序的行为变得复杂和不确定。这使得程序难以调试，若处理不当还会带来许多潜在问题。
3.并发执行的潜在问题
程序在并发执行时会导致执行结果的不可再现性，这是多道程序系统必须解决的问题。
1.1.2进程的概念
1.进程
进程（process）是一个可并发执行的程序在一个数据集上的一次运行。简单地说，进程就是程序的一次运行。
进程与程序的概念及相互关联又相互区别。程序是进程的一个组成部分，是进程的执行文本，而进程是程序的执行过程。对进程而言，程序是静态的指令的集合，可以永久存在；而进程是个动态的过程实体，动态地产生、发展和消失。
此外，进程和程序之间也不是一一对应的关系，表现在：
（1）一个进程可以顺序执行多个程序
（2）一个程序可以对应多个程序。程序的每次运行就对应了一个不同的进程。一个程序还可以同时对应多个进程。
2.进程的特性
（1）动态性：进程由“创建“而产生，由“撤销“而消亡，因“调度“而运行，因“等待“而停顿。进程从创建到消失的全过程称为进程的生命周期。
（2）并发性：在同一时间段内有多个进程在系统中活动。它们宏观上是在并发运行，而微观上是在交替运行。
（3）独立性：进程是可以独立运行的基本单位，是操作系统分配资源和调度管理的基本对象。因此，每个进程都独立地拥有各种必要的资源，独立地占有CPU运行。
（4）异步性：每个进程都独立地执行，各自按照不可预知的速度向前推进。进程之间的协调运行由操作系统负责。
3.进程的基本状态
进程有3个基本状态，即：
（1）就绪态：进程已经分配到了除CPU之外的所有资源，这时的进程状态称为就绪状态。系统中通常会有多个进程处于就绪态，它们排成一个就绪队列。
（2）运行态：进程已经获得CPU，正在运行。在单CPU系统中，任何时刻只能有一个进程处于运行态。
（3）等待态：进程因某种资源不能满足，或希望的某个事件尚未发生而暂停执行时，则称它处于等待态。系统中通常会有多个进程处于等待态，它们排成一个等待队列。
4.进程状态的转换
1.1.3进程控制块
进程由程序、数据和进程数据块3个基本部分组成。程序是进程执行的可执行代码，数据是进程所处理的对象，进程控制块用于记录有关进程的各种信息。它们存在于内存，其内容会随着执行过程的进展而不断变化。在某个时刻的进程的执行内容（指代码和数据）称为进程映像（process image）。进程映像可以看作是进程的剧本，决定了进程推进的路线和行为。进程控制块则是进程的档案。系统中的每个进程都是唯一的。即使两个进程执行的是统一映像，它们也都有各自的进程控制块，因此是不同的进程。
进程控制块（Process Control Block，PCB）是为管理进程设置的一个数据结构，用于记录进程的相关信息。当创建一个进程时，系统为它生成PCB；进程完成后，撤销它的PCB。因此，PCB是进程的代表，PCB存在则进程就存在，PCB消失则进程也就结束了。在进程的生存期中，系统通过PCB来感知进程，了解它的活动情况，通过它对进程实施控制和调度。
PCB记录了有关进程的所有信息，主要包括以下4方面的内容：
（1）进程描述信息
用于记录一个进程的标识信息和身份特征，如家族关系和归属关系等。通过这些信息可以识别该进程，了解进程的权限，以及确定这个进程与其他进程之间的关系。系统为每个进程分配了一个唯一的整数作为进程标识号PID，这是最重要的标识信息。系统通过PID来标识各个进程。
（2）进程控制与调度信息
进程的运行需要由系统进行控制和调度。进程控制块记录了进程的当前状态、调度策略、优先级、时间片等信息。系统依据这些信息实施进程的控制与调度。
（3）资源信息
进程的运行需要占用一些系统资源，必要的资源包括进程的地址空间、要访问的文件和设备，以及要处理的信号等。进程是系统分配资源的基本单位。系统将分配给进程的资源信息记录在进程的PCB中。通过这些信息，进程就可以访问分配的各种资源。
（4）现场信息
进程现场也称为进程上下文（process context），包括CPU的各个寄存器的值。这些值刻画了进程的运行状态和环境。退出CPU的进程必须保存好这些现场信息，以便在下次被调度时继续运行。当进程被重新调度运行时，系统用进程PCB中的现场信息恢复CPU现场。现场一旦恢复，下一个指令周期CPU将精确地接着进程上次运行的断点处继续执行下去。
1.1.4Linux系统中的进程
Linux系统中，进程也称为任务（task），两者的概念是相同的。
1.Linux进程的状态
可执行态：包含了运行和就绪两种状态。均已具备运行条件。
睡眠态：即等待态。进程在等待某个事件或资源。睡眠态又分为可中断的和不可中断的两种。他们的区别在于，在睡眠过程中，不可中断状态的进程会忽略信号，而处于中断状态的进程如果收到信号会被唤醒而进入可执行状态，待处理完信号后进入睡眠状态。
暂停态：处于暂停态的进程是由运行态转换而来，等待某种特殊处理。当进程收到一个暂停信号时则进入暂停态，等待恢复运行的信号。
僵死态：进程运行结束或因某些原因被终止时，它将释放除CPU外的所有资源。这种占有PCB但已经无法运行的进程就处于僵死状态。
2.Linux的进程描述符
Linux系统用task_struct结构来记录进程的信息，称为进程描述符，也就是通常所说的PCB。系统中每创建一个新的进程，就给它分配一个task_struct结构，并填入进程的控制信息。task_struct中的字段较多，主要包括以下内容：
- 进程标识号（pid）：标识该进程的一个整数。
- 归属关系（uid、gid）：进程的属主和属组的标识号。
- 家族关系（parent、children、sibling）：指向父进程、子进程及兄弟进程的指针。
- 链接关系（tasks、run_list）：将进程链入进程链表和可执行队列的指针。
- 状态（state）：进程当前的状态。
- 调度信息（police、prio、time_slice）：调度使用的调度策略、优先级和时间片等。
- 记时信息（start_time、utime、stime）：进程建立的时间以及占用CPU的时间。
- 定时器（real_timer）：用于设定时间。时间到时，系统会发定时信号通知进程。
- 通信信息（signal、sighand）：进程收到的信号以及使用的信号处理程序。
- 退出码（exit_code）：进程运行结束后的退出代码，供父进程查询使用。
- 文件系统信息（fs、files）：包括根目录、当前目录、打开的文件等信息。
- 地址空间信息（mm）：进程的内存地址空间，存放进程的代码、数据和堆栈。
- 硬件现场信息（thread）：进程切换时保存的CPU寄存器的内容。
- 运行信息（thread_info）：有关进程运行环境、状况的基本信息。
3.查看进程的信息
ps（process status）
-e 显示所有进程
-t tty 显示终端tty上的进程
-f 以全格式显示
-o 以用户定义的格式显示
a 显示所有终端上的所有进程
u 以面向用户的格式显示
x 显示所有不控制终端的进程
-C cmd 显示命令名为cmd的进程
n 显示PID为n的进程