在操做系统的基础上理解进程（为学习多线程打下基础）

文章目录

• 一，操做系统
• 1.概念
• 2.OS定位
• 3.设计OS的目的
• 二，进程
• 1.进程的初步认识
• 2.时间片
• 3.并发与执行
• 4.内核态与用户态
• 5.进程中的上下文
• 6.进程状态

一，操做系统

1.概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操做系统（OS）。笼统的理解，操做系统包括：

• 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）

• 其余程序（例如函数库，shell程序等等）

2.OS定位

• 在整个计算机软硬件架构中，操做系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件
• 如何理解 “管理”
  
  上面的样例，能看到以下结论：

1. 管理者的任务按照种类分两种：硬型基础设备管理和软性业务管理
2. 按照目标对象分两种：一种对内的管理，一种对外业务进行管理
   而操做系统，也是一套系统，理解思路于此相似，咱们能够类比来看

上面有关OS的样例，咱们也能看到以下结论：

• 管理者的任务种类分两种：硬件管理软件管理
• 按照目标对象分两种：一种对内的管理，一种对外业务进行管理

3.设计OS的目的

那么，设计操做系统的目的是什么呢？类比银行系统，咱们就能理解

• 与硬件交互，管理全部的软硬件资源（对内且对下）
• 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境（对外且对上）

那咱们的所学的java在哪里呢？

二，进程

1.进程的初步认识

对于操做系统来讲，一个任务就是一个进程（Process）。

• 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

如何理解进程?

如：张三去银行转帐，就要使用银行的资源（接待，转帐人员，银行电脑，必要时保安也能够跟着:) ）为张三完成转 帐,而在银行内部，这一整套过程的执行，咱们统称为办理业务。

类比，一个程序刚开始就是一个在硬盘上的程序，加载运行时，是为了完成某些任务（如迅雷完成下载任务），而要 完成任务，就须要操做系统为该任务提供足够作的资源（如内存和CPU资源），而这一整套任务的执行，咱们能够叫 作进程

因此：进程是担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体，是具备动态特性的，如张三在办理转帐业务期间，这样 任务一直都是存在且状态变动的。
而张三去银行转帐也不是立马就能进行，须要先抽号，在大厅等待，由于当时可能会有不少人在大厅等待，因此就有 了进程等待队列。而张三抽到的号，能够称之为进程ID

下面，咱们尝试查看系统进程
编写一个java进程：

public class Test{
  public static void main(String[] args) throws Throwable{
     Thread.sleep(999999999);
  }
}

在cmd中编译并运行：

javac Test
java java Test

运行以后会启动java程序（进程），能够在任务管理器中查看到该进程:

这里的PID表明这个进程的代号，而咱们传说中的java虚拟机，本质上只是一个系统中的进程而已。具体能够在看看 以前的样例图

2.时间片

现代操做系统好比Mac OS X，UNIX，Linux，Windows等，都是支持“多任务”的操做系统。所谓的多任务，就是操 做系统能够同时运行多个任务。

操做系统（如Windows、Linux）的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说一个任务执行一小段时 间后强制暂停去执行下一个任务，每一个任务轮流执行。
任务执行的一小段时间叫作时间片，任务正在执行时的状态叫运行状态，任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个 任务，被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片的到来。

这样每一个任务都能获得执行，因为CPU的执行效率很是高，时间片很是短，在各个任务之间快速地切换，给人的感受 就是多个任务在“同时进行”，这也就是咱们所说的并发。 如何理解?

假设张三准备办理转帐业务，但当他把全部资料给工做人员以后，工做人员告诉他，你如今办理不了，由于他如今需 要填写一张申请表，此时，工做人员将他的资料保存起来，让他去一边填写资料，填写完毕以后，再回来继续办理， 同时，张三去填表了，而工做人员继续给别人提供服务。这个过程叫作进程切换。
张三表填完了，继续回到柜台，工做人员拿出他以前的资料，继续给张三办理业务，这叫作进程的上下文保护与恢复 （想一想，为何要这麽作？由于进程的运行是在CPU上的，CPU有寄存器，保存的是进程运行的各类临时数据，为了 达到切换和便于恢复的目的，就有了将CPU寄存器保存和恢复的作法，归根结底是为了接着上次的位置继续运行）
后来，银行出台了规定，每一个人在柜台办理任务的时间不能超过10分钟（以防止其余人长时间等待），因此为了更好 的服务各我的员，银行工做人员将上面的切换与恢复的思路应用到各类业务中，因此长期来看，即使只有一个工做人 员，也能同时服务多个客户，这种机制叫作基于时间片的进程轮转管理机制，而上面的10分钟，就是银行轮转的时间 片，只要时间到了，客户酒的下去等待，让其余用户来办理业务
而上面的全部轮转与管理工做，在操做系统中，统一由一个叫作调度器的内核模块完成
而对每一个人来讲，在一段时间以内，可能全部人的业务都得以推动（即使没完成），而不至于你们长时间等待，这种 机制就叫作并发
若是银行财大气粗，工做人员比客户都多，那就好办了，一人一个工做人员，全部的任务真正同时处理，这种机制叫 作并行。

3.并发与执行

如今，多核CPU已经很是普及了，因为任务数量远远多于CPU的核心数量，因此，操做系统也会自动把不少任务轮流 调度到每一个核心上执行。对于

• 并发：多个进程在一个CPU下采用时间片轮转的方式，在一段时间以内，让多个进程都得以推动，称之为并 发。

• 并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。

计算机操做系统中把并行性和并发性明显区分开，主要是从微观的角度来讲的，具体是指进程的并行性（多处理机的 状况下，多个进程同时运行）和并发性（单处理机的状况下，多个进程在同一时间间隔运行的）。
并发与并行相似于工厂中的流水线，要扩大产量，1是考虑建造多个工厂，这就是并行，2是考虑每一个工厂中新增流水 线，这就相似并发

4.内核态与用户态

通常的操做系统（如Windows、Linux）对执行权限进行分级：用户态和内核态。

• 如上图所示，操做系统内核做为直接控制硬件设备的底层软件，权限最高，称为内核态，或核心态。
• 用户程序的权限最低，称为用户态。

如何理解？
就比如上面的例子，张三去填表，本身写姓名，电话，邮箱等等，作着本身的事情，这叫作用户态
而张三经过窗口的工做人员，把本身的需求给工做人员，自此，张三在等，银行工做人员在忙，对张三来说，就叫作 陷入内核。那么内核态是什么意思？就是工做人员在帮你办理业务时的状态

5.进程中的上下文

上下文简单说来就是一个环境，进程在时间片轮转切换时，因为每一个进程运行环境不一样，就涉及到转换先后的上下文 环境的切换

• 就是一个进程在执行的时候，CPU的全部寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容。

• 切换时须要保存当前进程的全部状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，可以恢复切换 时的状态，继续执行。

6.进程状态

就绪：进程处于可运行的状态，只是CPU时间片尚未轮转到该进程，则该进程处于就绪状态。 运行：进程处于可运行的状态，且CPU时间片轮转到该进程，该进程正在执行代码，则该进程处于运行状态。 阻塞：进程不具有运行条件，正在等待某个事件的完成。 能够对比张三去银行办理业务的状态