1. 进程介绍

1.1 进程的概念

• 程序是由指令和数据组成的，但这些指令要运行，数据要读写，就必须将指令加载至 CPU，将数据加载至内存。在指令运行过程中还需要用到磁盘和网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的。
• 当一个程序被运行，会从磁盘加载这个程序代码至内存，这时就开启了一个进程。
• 一个运行的程序可以视为一个进程，进程也可以认为是一个可执行文件跑起来之后的动态的过程。
• 进程运行会被系统分配一些资源，进程就是系统资源分配的基本单位。
• 进程是由程序的代码、程序处理的数据、程序计数器中的值、一组通过的寄存器的当前值、堆、栈和一组系统资源组成。

1.2 进程和程序的关系

进程与程序的联系：

• 程序是产生进程的基础，进程是程序功能的体现
• 程序的每次运行会构成不同的进程，通过多次执行，一个程序可以对应多个进程；通过调用关系，一个进程可以包括多个程序。

进程与程序的区别：

• 程序是有序代码的集合，是静态的；进程是程序的执行，会涉及到核心态和用户态的切换，是动态的。
• 进程是一个状态变化的过程，是暂时的，程序是可以长久保存的。
• 进程和程序的组成不同，进程包括了程序、数据和进程控制块。

1.3 进程的特点

• 动态性：可以动态的创建和结束进程。
• 并发性：进程可以被独立调度并占用处理机运行。
• 独立性：不同进程的工作互不影响。
• 制约性：因访问共享数据或进程间同步而产生制约。

2. 进程控制块 PCB

操作系统要保证多个进程都能正常工作，并且互相之间不能影响，操作系统内部就实现了一个结构体，该结构体用于描述一个进程具备的信息，然后通过某种数据结构（比如双向链表）将所有的结构体给组织起来，这样就能有效的管理所有的进程。

该结构体在操作系统中称为 PCB（Process Control Block）进程控制快，它是操作系统管理控制进程运行所用的信息集合。PCB 是用来描述进程的数据结构。操作系统为每个进程都维护了一个 PCB，用来保存与该进程有关的各种状态信息。

PCB 中存储的信息：

• pid：进程的身份标识。
• 内存指针：描述着这个进程使用的内存有哪些，比如程序对应的指令有什么，依赖的数据有什么等。
• 文件描述符表：描述了这个进程都打开了哪些文件。每一个进程默认会打开三个文件，标准输出、标准输入和标准错误。
• 进程的状态：描述了当前这个进程能够在 CPU 上执行。
• 优先级：调度进程是，给每个进程安排的时间和先后都存在差别。
• 上下文：操作系统在执行某个进程时，如果需要吧这个进程从 CPU 上调度走，就需要先将 CPU 的运行状态保存到内存中，下次再调度该进程时，就从内存中获取。
• 记账信息：统计量每个进程执行的时间和指令的数目，依据这个来平衡调度效果。

3. 进程的状态

3.1 进程的生命周期

1. 进程创建
2. 进程运行
3. 进程等待
4. 进程唤醒
5. 进程结束

3.2 进程的状态

• 运行状态：表示该进程正在 CPU 上运行。
• 就绪状态：表示该进程获得了除 CPU 之外的一切资源，一旦得到 CPU 就可以运行。
• 等待状态/阻塞状态：表示该进程正在等待某事件而暂停运行。
• 创建状态：表示该进程正在被创建，还没被转到就绪状态之前的状态。
• 结束状态：表示该进程正在从系统中消失。

4. 进程间通信的机制

虽然进程之间存在独立性，但是很多时候又避免不了需要多个进程相互配合来完成一些工作。操作系统提供了一些进程间通信的机制，使得进程在有限的情况下可以进行交互操作。

操作系统中提供的进程间通信的机制有很多，Java 中主要用到以下两种机制：

• 操作文件
• 操作网络