【JavaSE】进程是什么？

文章目录

• ✍进程的概念
• ✍进程存在的意义
• ✍进程在计算机中的存在形式
• ✍进程调度

  ✍进程的概念

  每个应⽤程序运⾏于现代操作系统之上时，操作系统会提供⼀种抽象，好像系统上只有这个程序在运⾏，所有的硬件资源都被这个程序在使⽤。这种假象是通过抽象了⼀个进程的概念来完成的，进程可以说是计算机科学中最重要和最成功的概念之⼀。

  进程是操作系统对⼀个正在运行的程序的⼀种抽象，换言之，可以把进程看做程序的⼀次运行过程；

  同时，在操作系统内部，进程又是操作系统进行资源分配的基本单位。

  举例子来说，打开的csdn网站就是一个进程

  打开任务管理器，可以看到计算机中的进程。

  包括后台进程（计算机自动打开的，不需要你手动打开）

  

  想要运行一个程序，就需要为程序分配资源。

  所以说在操作系统内部，进程又是操作系统进行资源分配的基本单位。

  

  ✍进程存在的意义

  进程主要是用来解决程序不能并发执行从而导致 CPU 利用率低下这个问题。

  随着科技的发展，人们对计算机的需求也越来越大，同时对计算机性能的要求也越来越高。但事务的发展总是有所限制的。对于计算的CPU来说，现在的科技水平只能达到4nm的精度，这对于庞大的需求来说，确实是有些吃力，所以人们开始思考，当CPU的制造水平有了一定限制时，一个CPU解决不了的事情，我们可以交付给多个CPU来处理，也就是我们现在所谓的多核计算机。

  使用多个核心来处理问题，当然要对这些核心进行管理规划，使这些核心可以并发执行程序。

  这里的并发涵括：并发和并行

  在后续会讲解到的。

  ✍进程在计算机中的存在形式

  在操作系统中，通常用PCB（程序控制块 Program Control Block）这样的结构体来描述进程。

  不同的操作系统的称呼不相同。

  PCB中存储的很多的信息

  在操作系统中，通常使用‘链表’这样的数据结构来使PCB串接起来。

  有很多这样的链表存在于操作系统中。

  1. 任务管理器查看进程列表

     遍历链表的每个结点，并获取每个结点的信息。

  2. 创建新的进程（双击执行程序）

     进程创建出新的PCB结构体，形成新的结点并插入到链表中

  3. 删除进程（关闭程序）

     在链表中删除对应的PCB结点

  PCB结构体中包含的内容

  1. pid – 进程唯一标识

     跟身份证一样，可以唯一的确定进程。

     同一个机器，同一时刻，进程id一定是不同的

  如下，我打开了五个Typora程序，也就执行了五个Typorad的进程，可以看到他们五个的PID是各不相同的。

  

  1. 内存指针

     进程运行时，需要消耗一定的硬件资源，其中内存就是一个非常关键的资源！

  一个程序在运行的时候，就会被从硬盘（xxx.exe）加载到内存中

  加载这个程序的指令/依赖的数据

  注意：这里的内存指针是一组指针

  这一组指针告诉操作系统，要运行的指令都在内存的什么位置

  也告诉系统，进程需要依赖的数据又存于什么位置

  …等等

  总之，内存指针是给操作系统知名下一步需要做什么

  

  1. 文件描述符表

     一个进程运行的时候，会操作一些文件。

     就通过一个类似于“顺序表”这样的数据结构，来记录这个进程打开了哪些文件

  2. 进程调度

     打开任务管理器可以看到，有100+的进程在执行

     而执行就需要消耗资源，而我们的计算机并没有那么多的核心（CPU）以供得每个进程分配到一个CPU，这时就需要并行+并发来解决资源的分配问题

  

  一个核心，同一时刻，只能执行一个进程

  （以我的计算机为例，我的计算机中拥有16个核心）

  也就是说，同一时刻我的计算机最多可以同时执行16的进程

  这叫做并行执行这是完全的同时执行

  一个核心，不同时刻，可以执行不同进程

  CPU把总的时间切割成小的片段，每个片段执行一个进程，每个片段成为“时间片”

  由于时间片比较短，CPU切换进程的速度非常快，人感知不到

  所以站在使用者的角度来看，这些进程就是“同时执行”的，本质上并不是同时的

  这叫做并发执行。

  操作系统会按照并行和并发互相搭配，来执行一个进程。

  总结：

  并行，微观时间上，也是同时执行

  并发，宏观时间上，是“同时执行”，微观时间上，是串联执行。但由于速度之快，人感知不到。

  因此就将，并行和并发统称为“并发”

  ✍进程调度

  PCB提供了几个属性，来支持进程调度

  1. 状态

     分为“就绪状态”和“阻塞状态”

     区别在于CPU调用时，是否可以立即执行

  2. 优先级

     我们知道调用进程时，需要为其分配资源

     但在分配资源时，并非是均等的分配

     例如在打游戏时，此时你打开的网页就不需要分得那么多的资源

  3. 上下文

     在上文中，我们提到“并发执行”，在执行过程中，会产生很多的“中间结果”，在进程切出于CPU之前，需要把这些“中间结果”（CPU的寄存器中的各种值），保存到PCB的上下文中。

     这个过程是将寄存器的数据存放到内存中，也就是我们平时所见的【存档】

  当下一次CPU再次调度这个进程时，就要把之前的数据读取出来，放入寄存器中，也就是所谓的【读档】。

  具体操作过程：有一个PC程序计数器，他会记录上一次执行到哪一个位置，在下一次执行时，就从这个位置继续执行。

  1. 记账信息

     基于优先级，我们可以知道每个进程分配的资源并不相同

     引入记账信息，我们可以记录每个进程所分配的资源

     进而后续对资源的分配做出调整。

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