进程

进程定义

最简单的说法就是一个运行中的程序。

一个进程是由什么组成，我们更需要理解的是一个进程的机器状态，也就是一个进程在执行的过程中它可以访问系统中的哪些部分？可以影响系统的什么组件?

一个非常明显的组件是内存(memory)。进程只有被操作系统载入到内存中才能执行，程序的指令是放在内存中的，进程读写的数据也是放在内存中。也就是说，进程可以寻址的内存(地址空间)也是进程的一部分。

进程另外的机器状态组件是寄存器(register)，很多程序指令都操作寄存器，因此它们也是进程非常重要的一部分。有些特殊的寄存器值得一提，比如程序计数器(pc)，栈指针(sp)

最后一部分是进程会访问持久化存储设备，如硬盘等，因此打开的文件描述符表也是进程的一部分。

进程api

一个现代的操作系统应该提供一系列的api来控制进程。

1. 创建
2. 销毁
3. 等待(等待另外一个进程完成)
4. 各式各样的控制(比如挂起一个进程，过一段时间后恢复它的执行)
5. 状态(查看进程的状态，进程运行了多久，进程当前处于什么状态)

进程创建

从操作系统把存储设备中的程序加载到内存，到main函数中的第一行代码执行，操作系统为创建进程做了哪些事情？

程序在硬盘中，以可执行文件的格式存在，但操作系统加载程序，会去读可执行文件，把程序指令和一些初始化数据加载到内存中。

早期的操作系统加载程序，会一次性把可执行文件都载入到内存中去，现代的操作系统实现的是lazy加载，换句话说只是加载部分的程序(程序执行需要的指令或数据)进入内存。如果想理解lazy加载是如何工作的，需要了解操作系统的分页机制。

一旦程序的指令和数据载入到内存中，为了进程能够执行，操作系统还需要进行一些工作。

1. 分配栈(stack)。stack在进程中，存储函数的局部变量，函数参数，返回地址等，相关重要。
2. 分配堆(heap)。动态分配的内存，可以在进程执行的过程增长，存储数据。
3. 一些关于IO方面的初始化工作。如在unix系统，每个进程都默认在创建时会打开三个文件描述符，标准输入，标准输出和错误输出。

在进行完上面的工作后，还有最后一项任务，找到程序的执行入口点(entry point, c++中的main函数)，调整到main函数，控制系统将cpu的控制权转交给新创建的进程，程序开始它的执行。

进程状态

进程五状态

1. initial.初始化。进程正在被创建
2. runing.运行。进程获得cpu的控制权，在处理器中执行，意味它正在执行指令。
3. ready。就绪。进程已经准备好执行，但是由于某些原因，操作系统没有选择它立刻执行，也就是它没有获得cpu的控制权。
4. blocked。阻塞。进程执行了一些操作，使得它不能在处理器中执行，要等待一些事件完成。如io操作，使得进程阻塞，同时其他进程可以获得cpu的控制权，继续执行。
5. finial。进程已经退出，不能再继续执行。但是进程有关的一些数据结构还没有被操作系统回收，如unix系统中的zombie状态。这个状态的存在，运行父进程可以检查子进程执行完毕的返回码，看看子进程是否成功执行。父进程调用wait函数，告诉操作系统可以回收已经结束的子进程的有关数据结构。