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🥥前言
🍊操作系统如何管理进程
🍊进程调度的基本过程
🍋收集系统信息
🍋选择进程
🍋分配 CPU
🍋执行进程
🍋回收 CPU
🥝总结
🥥前言
进程是指计算机中正在运行的程序实例，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都有自己的内存空间、文件句柄、处理器时间等资源，它们彼此之间相互独立，互不干扰。
进程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了哪个进程可以获得 CPU 资源并运行。
🍊操作系统如何管理进程
操作系统通过进程控制块（PCB）来管理进程。PCB 是一个数据结构，包含了进程的基本信息，如进程 ID、进程状态、优先级、进程的内存地址空间、进程的 I/O 设备等。当操作系统创建一个进程时，它会为该进程分配一个 PCB，并将进程的基本信息填入其中。
操作系统还会为每个进程创建一个进程堆栈，用于保存进程的上下文信息。当进程被调度执行时，操作系统会将该进程的上下文信息从堆栈中弹出，并将 CPU 控制权交给该进程。当进程需要等待某个事件（如 I/O 操作完成）时，操作系统会将该进程的上下文信息压入堆栈，并将 CPU 控制权交给其他进程。
操作系统还会通过进程调度算法来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。常见的进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度等。操作系统会根据进程的优先级、等待时间等因素来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。
🍊进程调度的基本过程
进程调度的基本过程通常分为以下几个：
🍋收集系统信息
操作系统需要收集有关系统中所有进程的信息，例如进程的状态、优先级、需要的资源等。这些信息通常存储在进程控制块（PCB）中。
其中进程控制块（Process Control Block，PCB）是操作系统用于管理进程的一种数据结构。每个进程都有一个唯一的 PCB，它包含了进程的所有信息，如PID、内存指针、文件描述符表、进程状态、优先级、上下文信息、记账信息等。
🍌PID，即进程的ID或标识符。每个进程都有独立的ID。Windows系统下，PID可以通过任务管理器查看：
🍌内存指针：程序运行时，会从硬盘被加载到内存中，并消耗一定的内存资源，然后加载这个程序的指令或者依赖的数据。内存指针往往不只是一个指针，而是一组指针。这一组指针将会指示操作系统，进程运行的指令在内存的哪个位置，以及依赖的数据在哪里。
🍌文件描述符表（File Descriptor Table）用于管理进程打开的文件。每个进程都有一个文件描述符表，该表包含了进程打开的所有文件的文件描述符和文件对象等信息。文件描述符是一个整数，用于标识进程打开的文件。每个文件描述符对应一个文件对象，该对象包含了文件的句柄、文件的读写权限等信息。当进程打开一个文件时，操作系统会为该进程分配一个文件描述符，并将文件的信息填入文件描述符表中。进程可以通过文件描述符来访问文件，例如读取文件内容、写入文件内容等。文件描述符表的实现因操作系统而异，但通常都采用哈希表或链表的方式来实现。在 Windows 系统中，文件描述符表通常是一个数组，每个元素对应一个文件描述符。文件描述符表的存在使得进程可以方便地访问文件，而不必关心文件的具体位置和文件的读写权限等信息。同时，文件描述符表也提供了一种进程间共享文件的方式，多个进程可以通过文件描述符来访问同一个文件。
🍌进程状态是进程在生命周期中所处的不同阶段。大致分为以下几个状态：
♦新建状态：当进程被创建时，它处于新建状态。在这个状态下，操作系统会为进程分配必要的资源，并为进程创建一个进程控制块（PCB）。
♦ 就绪状态：当进程已经获得了必要的资源，并且可以开始执行时，它处于就绪状态。在这个状态下，进程等待被调度执行。
♦运行状态：当进程被调度执行时，它处于运行状态。在这个状态下，进程正在使用 CPU 资源执行指令。
♦阻塞状态：当进程等待某个事件（如 I/O 操作完成）时，它处于阻塞状态。在这个状态下，进程暂停执行，等待事件完成。
♦终止状态：当进程执行完毕或被终止时，它处于终止状态。在这个状态下，操作系统会释放进程占用的资源，并将进程的状态设置为结束状态。
🍌优先级是指进程的执行优先级，它决定了进程在被调度执行时的顺序。操作系统通常会根据进程的优先级来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。优先级高的进程通常会先获得 CPU 资源，而优先级低的进程则需要等待。在多任务操作系统中，进程调度算法通常会根据进程的优先级来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。
🍌上下文信息是指进程在被调度执行前的状态信息，包括程序计数器（PC）、栈指针、寄存器的值等。这些信息用于恢复进程的执行状态，以便进程可以从上次暂停的地方继续执行。上下文信息通常存储在 PCB 中，以便操作系统可以快速获取和更新这些信息。在进程调度时，操作系统会将当前进程的上下文信息保存到 PCB 中，并将下一个要执行的进程的上下文信息从 PCB 中恢复到 CPU 中，以便进程可以继续执行。多个进程可以通过 PCB 来访问同一个进程的上下文信息。
🍌记账信息是指进程在执行过程中使用的资源信息，包括 CPU 时间、内存使用量、I/O 操作次数等。这些信息用于统计进程的资源使用情况，以便操作系统可以进行资源分配和调度。在进程调度时，操作系统会根据进程的记账信息来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。如果一个进程的记账信息表明它已经使用了大量的 CPU 时间或内存，那么操作系统可能会降低它的优先级，以便其他进程可以获得更多的资源。
🍋选择进程
选择进程是操作系统中进程调度算法的一部分。进程调度算法是指操作系统根据一定的策略选择下一个要执行的进程的方法。
常见的进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转等。这些算法都有各自的优缺点和适用场景。
♦先来先服务算法按照进程到达系统的先后顺序进行调度，先到达的进程先执行。这种算法简单直观，但可能会导致长作业等待时间过长。
♦短作业优先算法选择执行时间最短的进程，这种算法可以提高系统的整体效率，但可能会导致长作业饥饿。
♦优先级调度算法根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。这种算法可以根据进程的重要性进行调度，但可能会导致低优先级进程饿死。
♦时间片轮转算法将 CPU 时间分成若干个时间片，每个进程在一个时间片内执行，时间片结束后切换到下一个进程。这种算法可以提高 CPU 的利用率，但可能会导致上下文切换开销增加。
🍋分配 CPU
操作系统将选中的进程分配到 CPU 上，并将其状态设置为运行状态。
在分配 CPU 时，操作系统会根据进程的优先级和需求来决定哪个进程可以获得 CPU 资源。进程的优先级通常是根据进程的重要性、紧急程度和等待时间等因素来确定的。例如，系统进程和用户进程的优先级可能不同，系统进程通常具有更高的优先级，以确保系统的稳定性和可靠性。
当进程需要使用 CPU 资源时，它会向操作系统发送一个请求。操作系统会根据进程的优先级和需求来决定是否分配 CPU 资源。如果进程的优先级足够高，并且系统中有可用的 CPU 资源，那么操作系统会将 CPU 资源分配给该进程。否则，进程会被阻塞，直到有可用的 CPU 资源为止。
在分配 CPU 资源时，操作系统还需要考虑进程的时间片。时间片是指分配给进程使用 CPU 资源的时间间隔。操作系统会为每个进程分配一个时间片，在这个时间片内，进程可以执行指令和处理数据。如果进程在时间片内没有完成任务，那么操作系统会将 CPU 资源分配给其他进程。
🍋执行进程
进程在 CPU 上执行，直到它需要等待某个事件（如 I/O 操作完成）或被更高优先级的进程抢占。进程切换：当进程需要等待某个事件或被更高优先级的进程抢占时，操作系统会保存当前进程的状态，并选择另一个进程来运行。这个过程称为进程切换。
🍋回收 CPU
当进程执行完毕或被终止时，操作系统会释放该进程占用的资源，并将其状态设置为结束状态。
🥝总结
以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了操作系统如何管理进程以及进程调度的基本过程，其中重点是进程控制块PCB，进程调度算法。
文章到这结束啦，感谢阅读~
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