1.1 - 进程基础

一篇围绕 Unix 进程部分展开的总览笔记。

在 概述 里，已经把操作系统拆成了进程、内存、文件、I/O 这些大块内容。这里开始进入“进程”这一章。

这一篇不展开 fork、exec、调度算法、线程库实现、同步原语或进程间通信，而是先建立整章会反复出现的前置信息：进程是什么、它拥有哪些资源、操作系统如何用 PCB 管理它、pid / ppid 和进程状态分别表示什么。

导览 ​

1. 核心问题 ​

把”进程”作为一章单独拿出来，核心关注下面几个方面：

本篇关注前两类：进程抽象的定义与进程的管理方式。API、线程、调度、同步和通信由后续各篇分别展开。

2. 路线图 ​

本章的路线图可以表述如下：

本篇是这一章的入口，聚焦进程抽象的定义与管理方式，不展开 API 细节或并发机制。

进程是什么 ​

1. 程序与进程 ​

程序是静态代码，进程是正在运行的程序实例。

磁盘上的可执行文件只是指令和数据的组织形式；只有当它被装入内存、分配运行所需资源并开始执行时，它才成为进程。同一个程序文件可以同时对应多个进程，而这些进程彼此独立，各自维护自己的运行状态。

可以表述如下：

2. 进程的作用 ​

本章主要关心进程的两个层面：

进程首先是资源容器，也是操作系统管理程序运行的基本对象——即资源分配与调度的基本单位。

3. 进程与线程的关系 ​

当系统中存在线程时，内核直接调度的基本单位是线程而非整个进程。在展开线程之前，先建立一个基础区分：

进程回答”资源归谁”，线程回答”谁在执行”。线程部分在线程基础中单独展开。

进程的基本组成 ​

1. 资源环境 ​

从资源视角看，一个进程通常包含下面这些内容：

这些内容共同构成了进程的资源环境，也就是“这个进程拥有什么”。

2. 执行现场 ​

执行现场包含一组能恢复运行的硬件上下文：

上下文切换的核心操作，就是保存和恢复这组状态。

资源环境与执行现场的对照：

3. 文件描述符表 ​

文件描述符表是进程的核心 I/O 资源。它记录当前进程打开的所有对象——普通文件、终端、管道、socket 和设备文件。open、read、 write、重定向、管道和进程间通信都基于这张表。

程序启动时，内核默认打开 3 个文件描述符：

PCB：进程控制块 ​

PCB（Process Control Block，进程控制块）是操作系统为每个进程维护的管理数据结构，记录”这个进程是谁、当前处于什么状态、执行到哪了、拥有哪些资源”。

1. pid 与父子进程关系 ​

pid 是操作系统为每个进程分配的唯一标识符，ppid 记录创建该进程的父进程。父进程通过 fork() 创建子进程，子进程继承父进程的环境。

父子关系会直接影响生命周期中的几个特殊状态：

wait 的意义之一，就是把已经结束的子进程从“僵尸状态”推进到真正被系统回收的状态。

2. 进程状态与生命周期 ​

进程并不是一创建出来就一直运行到结束。典型生命周期会在几种状态之间切换：

典型流转过程：

新建 -> 就绪 -> 运行 -> 终止
              |
              v
             等待
              |
              v
            就绪

这些状态直接对应调度中的就绪队列与等待队列。

3. PCB 的典型组分 ​

PCB 的关键记录项：

PCB 承担四个核心职责：

上下文切换的本质：将当前进程的执行现场保存到其 PCB，再从下一进程的 PCB 恢复对应现场。

后续章节 ​