1️⃣ 进程的概念

🌟进程的概念：

1. 进程就是程序的一次执行活动，或者说进程是执行中的程序；他是一种数据结构
2. 进程是一个程序及其数据再处理机上顺序执行时所发生的的活动；
3. 进程时系统进行资源分配和调度的一个独立单位，也是操作系统中能够分配和管理资源调度最小单位；

而且再现在的操作系统中，用户是以进程方式占用系统资源

🌟 为什么要引入进程？

因为进程可以使我们可以直观的了解看到程序的运行过程，它描述了程序动态执行过程；

🌟操作系统负责什么？

创建进程、为进程分配资源、调度进程占用处理机等

1. 多任务处理：进程使操作系统可以同时运行多个程序，每个程序都作为一个独立的进程执行。
2. 资源隔离：每个进程都拥有独立的内存空间，进程和进程之间不会相互影响
3. 并发执行：多个进程可以并发执行，提高了硬件资源利用，但是也带来了额外的空间和时间开销
4. 支持多用户：用户是以进程方式执行，那么多个用户可以视为多个进程
5. 提高系统可管理性：操作系统可以通过进程的状态和优先级来分配资源

总的来说程序是存储再磁盘上的静态指令集合，而进程是再内存中运行程序的实列，具有独立的内存空间和资源。多个进程可以同时执行同一个程序，且每个进程都是独立的，它们之间不会相互影响

🌟进程和程序的区别：

1. 进程是动态的，程序是静态的：程序是一个文件，你执行这个文件后叫进程负责调用程序文件的方法等实现动态操作
2. 进程是暂时的，程序是永久的：进程在你关机或者关闭进程的时候就会结束，而你关闭的进程程序是依然还在的
3. 进程和程序组成不同：经常的组成是包括程序、数据和 PCB（process control block进程控制块）。PCB是进程存在的唯一标识

⭐️ PCB是操作系统内部的数据结构，用于管理和维护操作系统中的进程信息。每一个进程都有对应唯一的一个 PCB，PCB内包含了：进程状态、程序计数器、寄存器状态、进程优先级、PID、父进程 ID、内存管理、进程的等待队列信息、打开文件表等

⭕️ 以下是 pcb包含信息

⭐️进程标识符信息: 分为外部标识符和内部标识符，外部标识符就表示：创建者提供，便于记忆的，比如进程名，通常基于课执行文件名，不唯一，内部标识符就是系统为每个进程赋予的唯一整数

⭐️处理器状态信息：处理机在运行时，许多信息都放在寄存器中。当处理机被中断时，所有这些信息都必须保存在 PCB 中，以便在该进程重新执行时，能从断点继续执行

1. 通用寄存器：用户访问，用于暂存信息

2. 指令计数器：存放了要访问的下条指令的地址，而PC（程序计数器）是存放了下一条要执行命令的地址

3. 程序状态字：含有状态信息，入条件码，执行方式（内核进程还是用户进程），终端屏蔽标志、

4. 用户栈指针：指每个系统用户进程都有一个或若干个于之相关的系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址，栈指针指向该栈的栈顶；

   1. 用户栈：用户栈用来存储函数调用和局部变量的一块内存区域。在程序执行的过程中，没当有一个函数被调用，系统会为该函数分配一段内存空间，用于保存函数的参数，局部变量和返回地址等信息。

⭐️进程控制和管理信息

1. 进程状态
2. 进程优先级
3. 与进程调度算法有关的信息
4. 事件，阻塞原因

⭐️进程的资源分配清单

1. 进程和数据的地址
2. 进程同步和通信机制
3. 除 CPU意外的全部资源以及已经配到该进程的资源清单
4. 本进程 PCB所在队列中的下一个进程的 PCB首地址

进程的 PCB（进程控制块）通常不存储在进程的用户空间内，而是由操作系统内核维护的数据结构。PCB 包含了描述进程状态和各种控制信息的字段，如进程的标识符、程序计数器、寄存器状态、进程优先级、进程状态等等。这些信息是操作系统用来管理和控制进程的必要数据。

PCB通常存储在操作系统内核的内存中，而不是特定进程的用户空间。进程不能直接访问或修改其它进程的 PCB，这是为了确保操作系统的稳定性和安全性。

当操作系统需要切换进程的上下文（例如，由一个进程切换到另一个进程时），它会使用PCB来保存和还原进程的状态信息，从而实现进程之间的切换。因此，PCB是操作系统用来管理和调度进程的重要数据结构，它在内核空间中存储，不在进程的用户空间中。

🌟 进程的特征：

1. 动态性：进程对应程序的执行，进程是动态产生，动态消亡的（用户可以随时关闭进程，也有可能进程出现了错误，系统将会终止该进程），而且进程再生命周期内，创建、活动、阻塞、终止等过程之间的转换
2. 独立性：它是独立的运行单元；而且也是独立的分配资源
3. 并发性：多个进程同时存在于内存中，可以并发运行
4. 异步性：进程的执行是异步的，它们按照各自的速度执行，如果不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，执行速度是异步的。
5. 结构性：PCB

2️⃣ 进程的状态及其转换

🌟 三种基本状态

1. 就绪态（ready）：一个进程已经具备运行条件，但由于某些事情从而不能运行的状态，当他调度给它占用CPU时，立即可以运行。一个进程获得除处理机之外的一切所需资源时，它就会位于“就绪队列中”
2. 执行态（Running state）：进程占有了包括CPU在内的全部资源，正在CPU上运行；再单机的环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态
3. 等待态：也叫阻塞态，指因等待某种事件发生而暂停运行的状态；会位于等待队列中

🌟 三种基本状态之间的转换

1. 运行➡就绪：
2. 1. 运行进程用完了时间片，不得不让出来（被动）
   2. 运行进程被更高优先级的进程中断，所以当前进程被迫处于就绪状态
3. 运行➡阻塞：进程用"系统调用"的方式申请某种操作系统资源，或者请求等待某个事件发生
4. 阻塞➡就绪：当进程所等待的事件发生时，就会进入就绪队列，重新等待处理机的调度

🌟 进程状态转换的事件类型-三种常见的原因

1. NULL----新建：创建执行一个程序的新进程
2. 新建-----就绪：OS准备好了接纳一个进程，进程进入内存，为该进程分配处理机之外的一切资源
3. 就绪----运行：OS调度程序从就绪队列选择一个新的进程运行（占据CPU）

🌟 进程的挂起状态

为什么需要引入挂起？

1. 终端用户的请求：终端用户发现可疑问题，将程序暂时静止下来
2. 父进程请求：父进程希望挂起自己的子进程
3. 负荷调节的需要：当实时系统中的工作负荷较重时，可以见一下不那么重要的任务挂起
4. 操作系统需要。

3️⃣ 进程队列(实现)

4️⃣ 进程组成

1. 一个执行程序，包括初始代码和数据
2. 一个独立的用户地址空间
3. 系统资源，由OS分配给进程的系统资源
4. 进程运行及处理机调度进程切换时所要设计到的数据

进程 = 程序段+数据 +PCB

1. 程序段：描述进程所要完成的功能
2. 数据：进程在执行时必不可少工作区和操作对象
3. PCB:为了方便操作系统对进程的管理和控制，操作系统必须为每个进程简历一个进程控制（PCB）块用以描述进程的控制和管理信息，当然在进程从系统退出后，其所对应的PCB也会消失

🌟 进程控制块的组织方式

1. 线性方式：所有的PCB组织在一张线性表中，存表的首地址，每次扫描整表
2. 链接方式：执行指针，就绪队列，阻塞队列，空闲队列等
3. 索引方式：根据状态不同，建立索引表

🌟 进程控制概念

⭐️进程控制：对系统中的进程控制，可以创建、撤销、实现进程

⭐️进程控制通过各种原语来实现

⭐️进程的创建

• • 申请空白 PCB，获取 PID，从PCB组织中取一个空白的 PCB
  • 给进程分配资源，为新进程分配一个必要的内存空间
  • 初始化 PCB，设置进程状态、属性、初始化寄存器的上下文
  • 设置正确的链接：置于队列中
• 

⭐️导致进程创建的场景

• • 新的批作业（批处理系统中，调度到某作业）
  • 交互登录（分时系统）
  • OS为提供一项服务而创建（比如文件打印）
  • 由已有的进程而生（进程规定并发执行的)
  • 提交一个程序执行

⭐️父进程、子进程、进程树：

• 父进程是创建其他进程的进程，父进程会启动子进程，并在必要时对其进行管理
• 子进程是由父进程创建的新进程，子进程通常继承了一部分父进程的属性和资源，并且可以独立运行，而且子进程可以由直接的子进程，从而形成进程树
• 进程树是由多个进程和子进程构成的层次结构，根为操作系统启动的初始进程，其他进程通过创建子进程来扩展树结构，进程树可以使得操作系统可以有效的管理和监控所有进程

🌟 进程的控制场景

⭐️ 进程的终止

• 进程终止，首先等待操作系统进行善后，然后再退出主存

⭐️ 进程撤销的方式：

• 正常退出（自愿）
• 出错退出（自愿）
• 严重错误（非自愿）
• 被其他进程杀死（非自愿）

⭐️ 当一个进程完成任务后，应将其撤销，一边及时释放它所占据的资源

子进程会有PCB，它的PCB和主进程的不一样。

子进程的PCB独立于主进程的PCB，它是在主进程中创建的，并且有自己的地址空间和资源。子进程的PCB存储着子进程的执行状态、寄存器信息、信号屏蔽和偏移量等信息，用于维护子进程的执行环境和状态。

与主进程的PCB相比，子进程的PCB可能有一些不同的特点，例如它可能包含有关父进程的一些信息，它可能有一个与主进程不同的程序计数器等。但是，子进程的PCB和主进程的PCB是相互独立的，它们不会互相影响

⭐️ 常见的异常结束事件异常结束：由于错误迫使结束

• 越界结束，指程序所访问的存储区已经超出进程区域
• 保护错误，进程试图访问一个不被允许访问的资源或文件，或者以不正当方式访问
• 非法指令：程序试图执行一条不存在的指定，可能时程序错误的转移到数据区，把数据当成了指令
• 特权指令错误，用户进程试图去执行一条只允许OS执行的指令
• 运行超时，进程运行时间超过最大值
• 等待超时，进程等待某事件的时间超过最大值
• 算术运算错误，试图执行一个被禁止的运算
• I/O故障

⭐️ 进程的阻塞: 阻塞方式是用阻塞源语来阻塞，- 阻塞原语实现了进程由执行状态到阻塞状态的转变

⭐️ 进程的唤醒线程的方式是系统进程唤醒，事件发生进程唤醒，- 被阻塞的进程所期待的事情发生时，由相关进程调用唤醒原语，将等待该事件的进程唤醒

⭐️ Block原语

• - 当一个线程或进程需要等待某个条件满足时，它可以调用block原语来阻塞自己的执行，暂时让出CPU。
• - 当条件满足时，其他线程或进程可以使用wakeup原语来唤醒被阻塞的线程或进程，使其继续执行。

⭐️wakeUP原语：

• - wakeup原语通常与block原语配合使用，用于唤醒被阻塞的线程或进程。
• - 它可以通过发送信号或通知来告知被阻塞的线程或进程，使其从阻塞状态恢复到可运行状态。

5️⃣ 进程切换