深入理解操作系统中进程与线程的区别及切换机制（上）

进程

所谓进程，大家可以理解为我们打开的应用程序，如微信、QQ、游戏等，但也有系统应用是我们看不见的，可以打开任务管理器一探究竟，我们写的代码程序在服务器上在不运行的情况下，它就是一个二进制文件，并不是进程！

一个进程可以包含一个或者多个线程，但对于CPU来说他就是一个任务而已；

在早期，我们的CPU只有一个，而有多个任务需要执行时，它们只能排队等待，无论前面的任务执行时间有多长，后面的任务都得耐心等待。这种方式显然存在明显的弊端。举个例子，假设排在前面的A任务需要执行1小时，而排在后面的B任务仅需1分钟，那么B任务必须等待A任务完成后才能执行，这种方式显得极其不灵活。

进一步发展后，我们拥有了多任务的系统。在CPU在同一时间只能处理一个任务的前提下，系统将时间划分为多个时间片，每个任务只能占用一个时间片来执行自己的任务。一旦时间片用完，就必须轮到下一个任务执行，这种方式看起来就像是多个进程或任务同时在运行，这就是我们所说的并发，也称为伪并行。

有伪并行，那么就有真并行，随着现代化发展，我们的CPU开始拥有多核处理器，如4核、8核等。这样每个核心就像一个独立的CPU一样，可以并行处理多个任务。，8核对应的就是8个任务并行处理；

然而，我们当前的服务器系统都是高并发状态，不仅要运行自己的业务，还要占用一定的CPU资源来运行系统进程。因此，以下一系列问题就出现了：

1. 一个任务占用多长时间的时间片？
2. CPU如何进行任务切换？当一个任务正在执行时被切换，资源如何处理？
3. CPU如何找到下一个要执行的任务的位置？

进程的状态

五状态模型

当我们的程序启动后就会变成这种状态，关联如下：

就绪->运行：当任务获得时间片后，使用CPU执行操作，进入运行状态。

运行->阻塞：进程调用系统服务时，无法立即获取返回值（如IO操作），进入阻塞状态。

运行->就绪：如果占用的时间片已经结束了,但任务未完成，回到就绪状态。

阻塞->就绪：阻塞结束后，进程回到就绪状态。

运行->结束：进程自行完成任务后，那么会被系统终止；

以上便是对于单个进程的5状态描述，从上面可以看出由于系统通常同时运行多个进程，因此就绪和阻塞状态的进程可能会有多个，那么这么多进行都在就绪态和阻塞态怎么办？一般来说就是使用队列，这不跟你写java是一样的解决方案吗？排队就行了

七状态模型

队列是可以解决排队了问题了，但是这么长的队列放到哪里呢？我们的内存是很宝贵的，所以这里面就有上一节说的内存交换的问题了，可以使用内存交换机制将部分进程交换到磁盘中，这时候就是一个挂起的状态；

挂起的状态分两种：

1. 就绪状态的挂起：一旦进程重新加载到内存中，就会立即运行。
2. 阻塞状态的挂起：等待特定事件发生后才会运行。

这时候你就知道为什么你可以运行很多个程序，但是有时候你打开的太多了，你正打开某一个软件的同时，另一个软件自己退了，你就可以看下你的内存是不是满了，这是因为已经被交换到磁盘中的进程不容易重新加载回内存。一旦内存已满，重新加载进程就变得困难。

总结

进程是指正在运行的程序，可以包含一个或多个线程。在早期，CPU只有一个核心，多个任务需要排队等待执行。后来，引入了多任务的概念，将时间划分为多个时间片，每个任务占用一个时间片执行，实现了伪并行。现代CPU拥有多核处理器，可以并行处理多个任务。高并发的服务器系统中，除了运行业务，还要占用一定的CPU资源运行系统进程。进程的状态通过队列进行管理。同时还讨论了内存交换和进程挂起的问题。