在现代计算机系统中，进程是一个核心概念，它代表了程序的执行实例。通过并发执行多个进程，计算机能够提高效率和资源利用率。

1. 进程的概念

进程是指在计算机系统中正在执行的程序的实例。每个进程都有自己的地址空间、寄存器集合、堆栈和文件描述符等资源。进程的创建和销毁由操作系统负责管理。进程可以独立运行，也可以与其他进程进行通信和协作。进程是操作系统分配资源的基本单位。

2. 进程在系统中的管理 

2.1  描述

进程是类似于对象，有一些属性，所以需要 像 类/结构体 这样的概念来描述它

操作系统大多是 C/C++实现的，所以进程的描述大多使用的是结构体 （没有Java写的操作系统）

表示进程信息的结构体，被称为 PCB （进程控制块， Process Control Block）这个概念在说有操作系统中是通用的，说有的操作系统中的进程都可以被称为PCB，不过具体对应的结构体名称可能会有不同，例如Linux 中该结构体名称 为 task_struct

2.2 组织 

在操作系统中所有进程都会被以一定的数据结构进行组织起来， 例如 在Linux 中，使用的是链表把所有的进程给串联起来，当我们看到任务管理器中的进程时，意味着系统内部就在遍历链表，并打印每个节点的相关信息。

如果运行一个新的程序，于是系统中就会多一个进程，多出的这个进程，就需要构造出一个新的 PCB 并且添加到链表上

如果某个运行的程序，退出了，就需要把对应的 PCB 从链表中删除， 并且销毁对应的 PCB 资源 

3. CPU的资源分配

一个CPU可能有一个核心可能有多个核心，在同一时刻，一个核心上只能有一个进程，以我的电脑为例：

我的电脑有16个逻辑核心，也就是说，同一时刻我的电脑上只能运行16个进程，但是我电脑上却不止运行了16个进程，于是就引出了一个概念 分时复用（并发）：让多个进程轮流在核心上运行。

假设只有一个核心，让进程1先执行一会，然后让进程2执行， 然后进程三执行.....然后又到进程1执行，以此类推，只要切换的速度足够快人是感知不到这个切换的过程的，于是在人眼中看起来，一个核心在同时执行多个进程，这就叫做并发

如果有多个核心 ，那么同时就可以有多个不同的进程，同时执行，这种同时执行不是靠快速切换来模拟出来的，称为“并行执行”  ，每个核心任然会进行分时复用。

现在的计算机执行过程 往往是 并行+并发 同时存在的， 两个进程是并行执行还是并发执行 是看系统的调度的，系统如何调度，取决于系统调度器模块的实现，常规手段是无法干预的。因此往往把“并行” 和 “并发” 统称为“并发”

我们打开任务管理器看见进程所占的CPU百分比是单位时间内 该进程在CPU上执行的时间比例

 

4. PCB 中的核心属性

PCB 这个结构体，是一个非常庞大的结构体，有上百个属性，这里我们只需要了解几个重要的属性

4.1 进程标识符（Process Identifier，PID）

每个进程都有一个唯一的PID，用于标识和管理进程，此处是通过一个整数来进行区分的（从1开始累加），系统会保证同一个机器上，同一时间，每个进程的PID是唯一的，如果要对某个进程进行一定的操作，就可以用PID进行区分

 

例如：在任务管理器中选中某个进程点击结束任务，此时就是任务管理器获取到你选中的进程的PID 然后带哦用一个系统的 API 把 PID 作为参数传进去 从而完成这里的结束任务的操作。

4.2 内存指针

进程运行过程中，需要消耗一些系统资源，其中内存就是一种重要的资源。进程想要使用内存需要从系统这里申请，系统给进程分配了一块空间才能使用。每个进程都只能使用自己申请到的内存。

内存指针就是用来描述这个进程，能使用哪些内存。

当开始运行一个进程的时候，系统会先把这个执行文件包含的指令和数据先加载到内存中，然后再创建进程，让进程开始执行

4.3 文件描述符表 

进程经常要访问硬盘

操作系统对于硬盘这样的硬件设备进行了封装 ->"文件"

一个进程想要操作文件，需要先打开文件 ，打开文件就是 让进程在文件描述符表中分配一个表项（构造一个结构体）表示这个文件的相关信息，例如C语言中的 fopen函数

4.4 状态

描述，某个进程，是否能够 去 CPU上执行，比如某个进程 通过Scanner等待用户输入，但是用户什么时候输入是不确定的，所以在用户输入前就不能让这个进程在CPU上

此时这个进程的状态就被称为 “阻塞状态”

阻塞状态：当前进程不方便去CPU上执行，不应该去调度它

就绪状态：当前进程随时可以去CPU上执行，等待系统调用

4.5 优先级 

多个进程等待系统调度时，调度的先后顺序，在CPU上执行的时间长短都是可以调配的。

例如在你玩游戏时，当前运行的游戏，优先级肯定是比大多数进程更高的。

4.6 记账信息 

对每个进程在CPU上调度的时间进程一个统计 ，针对这个结果对进程的调度进行一个调整

4.7 上下文 

上下文是支持进程调度的重要信息，相当于游戏的存档和读档。

每个进程在运行过程中，会有很多的中间结果，在CPU的寄存器中，操作系统对进程的调度可以认为是随机的，任何一个进程执行到任何一条指令的时候都有可能被调度出CPU，上下文就可以保存当前进程执行的进度，确保下次该进程再次进出CPU执行时，能够从上次被调度出CPU时的进度开始执行。

例如：执行 3 + 14时，刚把 3 和 14 存到寄存器中，这个进程就被调度走了，等这个进程再次进入CPU执行时，就会直接执行后续的指令，不会再次执行 把3 和 14 存到寄存器的指令

当操作系统决定切换到另一个进程时，需要保存当前进程的上下文信息，并加载下一个进程的上下文。 

5. 进程间通信

多个进程之间需要进行通信和协作，以实现共享资源、数据传输和协同处理等目标。常见的进程间通信方法包括：

1. 管道（Pipe）：一种单向的通信方式，可以在具有亲缘关系的进程之间进行通信。
2. 共享内存（Shared Memory）：多个进程可以访问同一块共享内存，实现高速的数据传输和共享。
3. 消息队列（Message Queue）：多个进程可以通过消息队列进行异步通信，将消息发送到队列中，其他进程可以从队列中接收消息。
4. 套接字（Socket）：用于不同计算机之间的进程间通信，可以通过网络进行数据传输。