一、什么是進(jìn)程

1.1 操作系統(tǒng)

學(xué)習(xí)進(jìn)程之前首先要了解我們的操作系統(tǒng)（OS），我們的操作系統(tǒng)實(shí)際上也是一款軟件，屬于系統(tǒng)軟件的范疇，操作系統(tǒng)早期采用命令提示框與用戶交互，我們啟動(dòng)某個(gè)軟件，打開某個(gè)文件夾等等，都是需要輸入命令來進(jìn)行操作的 典型的就是 Linux 操作系統(tǒng)，也是職場(chǎng)中常用的一款操作系統(tǒng)，我們現(xiàn)在常用的 Windows 系列的操作系統(tǒng)，是一款圖形化操作界面的操作系統(tǒng)，用戶使用鼠標(biāo)點(diǎn)一點(diǎn)，劃一劃就執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作，所以對(duì)于大眾來講是一款好用的操作系統(tǒng)，但是對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間（內(nèi)存）的占用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于命令提示的操作系統(tǒng)。

Windows 啟動(dòng)應(yīng)用是雙擊應(yīng)用的快捷方式圖標(biāo)，以qq 為例：

我們桌面的快捷方式可以理解為是 .exe 文件的“超鏈接”，鼠標(biāo)選中快捷方式，右擊，選擇屬性，打開文件所在位置，我們就來到了當(dāng)初我們安裝qq 應(yīng)用時(shí)目錄，鏈接對(duì)應(yīng)了一個(gè) .exe 文件的，我們直接雙擊 .exe 文件也是可以直接啟動(dòng)qq 的。 那么 . exe 是什么文件呢。

EXE可執(zhí)行文件,就是在 WINDOWS環(huán)境下,你雙擊直接就能打開的文件，EXE File英文全名executable file ，譯作可執(zhí)行文件，可移植可執(zhí)行 (PE) 文件格式的文件，它可以加載到內(nèi)存中，并由操作系統(tǒng)加載程序執(zhí)行，是可在操作系統(tǒng)存儲(chǔ)空間中浮動(dòng)定位的可執(zhí)行程序。

操作系統(tǒng)有什么用呢？我覺得是：控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行，

在硬件層面需要管理好各種硬件設(shè)備，比如說，鍵盤，鼠標(biāo)，硬盤，當(dāng)時(shí)適配這方面主要是靠主板支持，操作系統(tǒng)能夠適配支持并管理硬件。

在軟件層次，操作系統(tǒng)需要給軟件提供穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，當(dāng)然軟件在這個(gè)方面是需要去適配操作系統(tǒng)的，如果操作系統(tǒng)不支持你這軟件運(yùn)行，那也是白給。

可以理解為：操作系統(tǒng)是軟件和硬件之間的橋梁，是計(jì)算機(jī)的靈魂。

有了操作系統(tǒng)之后呢，軟件就可以通過操作系統(tǒng)來間接的操作某個(gè)硬件設(shè)備。

1.2 進(jìn)程的概念 （process）

上面提到我們 windows 中支持的一種 .exe 的運(yùn)行文件，當(dāng)我們雙擊啟動(dòng)這個(gè)文件時(shí)，這個(gè)程序就跑起來了，那么在系統(tǒng)中就會(huì)形成一個(gè)進(jìn)程。

不知道有沒有學(xué)習(xí)過C語言的朋友，一個(gè)　".ｃ" 文件到 ".exe "文件需要經(jīng)過：預(yù)編譯、編譯、匯編、鏈接，中間會(huì)涉及到3個(gè)文件。

在C語言中,源程序(.c文件)經(jīng)過編譯程序編譯之后,會(huì)生成一個(gè)后綴為“.obj”的二進(jìn)制文件(稱為目標(biāo)文件);最后還要由稱為“連接程序”(Link)的軟件,把此“.obj”文件與c語言提供的各種庫(kù)函數(shù)連接在一起,生成一個(gè)后綴“.exe”的可執(zhí)行文件。”

.exe 文件也可以理解為里面包含了許多二進(jìn)制的指令，可以在 Windows 系統(tǒng)上運(yùn)行，. exe 文件的啟動(dòng)加載在內(nèi)存中運(yùn)行后，其中指令的處理是交給 CUP (中央處理器)來處理的。

對(duì)于 Java 代碼來說，我們會(huì)創(chuàng)建 “.java”文件，java 文件經(jīng)過我們的JDK （javac命令）編譯后，會(huì)生成 “.class”文件，也叫字節(jié)碼文件，里面也是二進(jìn)制指令，只是 .class 文件需要在 JVM（java虛擬機(jī)） 中才可以運(yùn)行，這也是 java 只要生成了.class 文件， 就可以到處運(yùn)行，只要用戶安裝了 JDK 即可

無論是哪一種語言，計(jì)算機(jī)之所以可以運(yùn)行的最主要的原因是，它最終會(huì)生成 二進(jìn)制文件，然后被 CPU 處理。

上面說到當(dāng)我們運(yùn)行某個(gè)應(yīng)用程序的時(shí)候，就相當(dāng)于生成了一個(gè)進(jìn)程，當(dāng)然每生成一個(gè)進(jìn)程，操作系統(tǒng)就會(huì)為其分配內(nèi)存空間，由CPU 處理其中的數(shù)據(jù)，我們可以通過任務(wù)管理器來查看 我們電腦目前進(jìn)程運(yùn)行的狀態(tài)。

我們通過任務(wù)管理器就可以發(fā)現(xiàn)，原來電腦有許多進(jìn)程在運(yùn)行呢。

操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的管理有兩步：

1. 使用一個(gè)構(gòu)架來描述這個(gè)進(jìn)程，（C 語言的結(jié)構(gòu)體，Java 的類），把進(jìn)程基本信息表示出來。
2. 底層使用一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來將這些進(jìn)程組織起來，放在一起，想象鏈表 每個(gè)value 值是一個(gè)進(jìn)程

CPU 就可以遍歷這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到處理數(shù)據(jù)的目的。

此時(shí)我們對(duì)進(jìn)程是什么東西應(yīng)該是有了一個(gè)大概的理解：

總結(jié)：

1. 進(jìn)程（Process）是計(jì)算機(jī)中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，可以把進(jìn)程看做程序的一次運(yùn)行過程。

2. 進(jìn)程在運(yùn)行的是會(huì)消耗資源的，比如：運(yùn)行消耗內(nèi)存，會(huì)涉及到數(shù)據(jù)的訪問——硬盤，數(shù)據(jù)的處理——CPU等一系列操作

3. 進(jìn)程是操作系統(tǒng)分配資源的基本單位

1.3 進(jìn)程的基本屬性

上文我們初步認(rèn)識(shí)到了進(jìn)程個(gè)什么東西：進(jìn)程看做程序的一次運(yùn)行過程。

現(xiàn)在我們認(rèn)識(shí)進(jìn)程的幾個(gè)重要的基本屬性：

1. 進(jìn)程的ID（PID）

每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)非負(fù)整型表示的唯一進(jìn)程ID（PID），好比方我們的身份證一樣,每一個(gè)人的身份證號(hào)是唯一的。

2. 內(nèi)存指針

看名字大致也能理解是啥意思，就是起一個(gè)標(biāo)識(shí)的作用，當(dāng)前進(jìn)程在內(nèi)存的那一部分運(yùn)行。

3. 文件的描述表

“文件”是硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)的基本單位，可以看到我們的下載某個(gè)軟件的安裝包在安裝的時(shí)候會(huì)生成一個(gè)文件夾進(jìn)行管理，那么進(jìn)程在運(yùn)行的過程當(dāng)中難免會(huì)打開一些文件來訪問數(shù)據(jù)，此時(shí)，進(jìn)程每打開一個(gè)文件就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“文件描述符”（標(biāo)識(shí)被打開的文件，文件相關(guān)信息），然后創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一個(gè)順序結(jié)構(gòu)，用于存放這些文件標(biāo)識(shí)符，那么這個(gè)順序結(jié)構(gòu)就被我們稱之為“文件描述符表”，我們?cè)趯?duì)文件的讀寫操作的時(shí)候就會(huì)使用到“文件描述符“的信息。

4. 進(jìn)程的調(diào)度

接下來這組屬性是進(jìn)程學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

1.4進(jìn)程的調(diào)度

在軟件層次，操作系統(tǒng)給軟件提供的穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)程是操作系統(tǒng)分配資源的基本單位，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)為其開辟內(nèi)存空間，提供硬盤上的訪問權(quán)限，以及CPU ……

CPU (中央處理器) 主要是負(fù)責(zé) 處理指令、執(zhí)行操作、控制時(shí)間、處理數(shù)據(jù)四大作用, 咱們的程序能運(yùn)行，靠的就是CPU , 每個(gè)程序就相當(dāng)于一組“二進(jìn)制指令”的集合，.exe 文件, . class 文件都是二進(jìn)制文件。

我們先來簡(jiǎn)單的了解一下CPU ：

CPU 的字長(zhǎng)：

字長(zhǎng)是指CPU在同一單位時(shí)間內(nèi)—次能夠處理的二進(jìn)制位數(shù)。CPU的字長(zhǎng)主要根據(jù)運(yùn)算器和寄存器的位數(shù)確定。比如，一個(gè)CPU有32位的寄存器，并且一次處理32個(gè)二進(jìn)制位，字長(zhǎng)值越大，一次可處理的數(shù)據(jù)二進(jìn)制位數(shù)越多，運(yùn)算能力就越強(qiáng)。目前CPU大多是32位或64位。

CPU 的主頻：

CPU的主頻是指CPU的時(shí)鐘頻率，它是決定執(zhí)行指令速度的計(jì)時(shí)器，通常用MHz(兆赫茲)和GHz(千兆赫茲)來度量。1MHz相當(dāng)于1秒內(nèi)有1百萬個(gè)時(shí)鐘周期，1GHz相當(dāng)于1秒內(nèi)有10億個(gè)時(shí)鐘周期（10億條指令）。

CPU 的核心數(shù)：

常見的CPU核數(shù)有雙核、四核、六核、八核、十二核等。在內(nèi)核頻率、緩存大小等條件相同的情況下，CPU內(nèi)核數(shù)量越多，CPU的整體性能越強(qiáng)。比如3.8GHz的6核CPU就比3.8GHz的雙核CPU性能要強(qiáng)。有些CPU的單核就非常強(qiáng)大（inter 系列的CPU 的每個(gè)單核心是比較強(qiáng)大的，即使核心線程數(shù)量不是很多，也不比普通的多核心的CPU 差），對(duì)于 AMD 系列的 CPU 來講，多核心多進(jìn)程在這方面是可以的（在同等價(jià)格上）。

我們也經(jīng)常聽說 CPU 是幾核 多少線程， 例如 ：8核 16 線程，每個(gè)核心就相當(dāng)于有一個(gè)人干活，八個(gè)核心就是八個(gè)人干活， 16 線程啥意思嘞，一個(gè)CPU 核心，可以同時(shí)、并行的運(yùn)行兩個(gè)線程。就是說一個(gè)CPU核心一個(gè)人頂倆人干活(一個(gè) CPU 的物理核心內(nèi)部有兩個(gè)邏輯的處理單元)， 8 核 16線程， 8個(gè)人可以同時(shí)干16 個(gè)人的活，我啟動(dòng)qq,啟動(dòng)微信，啟動(dòng) qq 音樂，騰訊視頻，我一口氣啟動(dòng)18 款應(yīng)用， 8核16 線程的CPU 可以運(yùn)行吧。

博主電腦的CPU是 4 核 8 線程的，基準(zhǔn)速度就是CPU的主頻率 3.11 GHz (一秒鐘 31億條指令)，但是我們可以看到，現(xiàn)在博主電腦有220 個(gè)進(jìn)程同時(shí)在運(yùn)行，我的 CPU 只有區(qū)區(qū)的四核，那豈不是妥妥的狼多肉少。

1.4.1 CPU 處理進(jìn)程的方式

并行：

例如：在同一時(shí)刻，兩個(gè)核心，同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)進(jìn)程，此時(shí)我們可以認(rèn)為這兩個(gè)進(jìn)程是并行執(zhí)行的。

博主的CUP 4 核 8 線程，能同時(shí)執(zhí)行 8 個(gè)進(jìn)程，這些進(jìn)程每個(gè)都有一個(gè)獨(dú)立的核心處理數(shù)據(jù)，這就是并行處理的方式。

并發(fā)：

一個(gè)核心，先執(zhí)行 進(jìn)程1，執(zhí)行一定的時(shí)間后，再執(zhí)行進(jìn)程2，執(zhí)行一定的時(shí)間后，再執(zhí)行進(jìn)程3……最后又執(zhí)行進(jìn)程1，如此以往，只要核心切換的速度足夠快，那么這些進(jìn)程之間就相當(dāng)于“同時(shí)”執(zhí)行的，我們講這種操作成稱之為“并發(fā)"。

所以即使博主 CPU 只有8 個(gè)邏輯處理核心，采用并發(fā)的方式也是可以“同時(shí)”執(zhí)行 200+ 的進(jìn)程的，CPU 處理數(shù)據(jù)的速度是非常快的，所以進(jìn)程之間來回切換人眼是無法感受到的，宏觀上是同時(shí)執(zhí)行的。

對(duì)于多進(jìn)程之間的處理，具體那個(gè) 核心并發(fā)處理那些進(jìn)程，是由操作系統(tǒng)分配的，也就是說如果操作系統(tǒng)不支持并發(fā)的處理數(shù)據(jù)，你的CPU 核心數(shù)再多也白搭。也不是說系統(tǒng)中不存在 并行操作，我們很多的時(shí)候把 “并行” 和 "并發(fā)" 統(tǒng)稱為并發(fā)。

當(dāng)一個(gè)核心并發(fā)的處理特別多的任務(wù)（比如說：一萬個(gè)任務(wù)）的時(shí)候，我們就可以稱之為”高并發(fā)“。

1.4.2 并發(fā)執(zhí)行的基本屬性

上文，講述了處理 多進(jìn)程多任務(wù)的兩種方式，接下來給大家講講進(jìn)程在并發(fā)的過程中，涉及到的基本的知識(shí)點(diǎn)。

1. 進(jìn)程的狀態(tài)

運(yùn)行態(tài)：進(jìn)程占有處理器正在運(yùn)行。

就緒態(tài)：一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)準(zhǔn)備好隨時(shí)被CPU 執(zhí)行。

阻塞態(tài)：指進(jìn)程不具備運(yùn)行條件，暫時(shí)無法執(zhí)行。

通常，一個(gè)進(jìn)程在創(chuàng)建后將處于就緒狀態(tài)。每個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中，只能是上述三種狀態(tài)之一。

同時(shí)，在一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行過程中，它的狀態(tài)將會(huì)發(fā)生改變。引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的具體原因如下：

（1）運(yùn)行態(tài)一一等待態(tài)：等待使用資源或某事件發(fā)生，如等待外設(shè)傳輸;等待人工干預(yù)。
（2）等待態(tài)一一就緒態(tài)：資源得到滿足或某事件己經(jīng)發(fā)生，如外設(shè)傳輸結(jié)束；人工干預(yù)完成。
（3）運(yùn)行態(tài)一一就緒態(tài)：運(yùn)行時(shí)間片到，或出現(xiàn)有更高優(yōu)先權(quán)進(jìn)程。
（4）就緒態(tài)一一運(yùn)行態(tài)：CPU空閑時(shí)被調(diào)度選中一個(gè)就緒進(jìn)程執(zhí)行。

2. 進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

進(jìn)程之間的調(diào)度時(shí)間上的分配不一定是公平的，有的需要優(yōu)先調(diào)度，比如操作系統(tǒng)的進(jìn)程……

3. 進(jìn)程的上下文

進(jìn)程在并發(fā)處理的狀態(tài)下，處理器會(huì)循環(huán)在各進(jìn)程之間進(jìn)行切換處理，上下文就是描述當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行到哪里的（執(zhí)行到了那條指令）“存檔記錄”，進(jìn)程在“暫時(shí)" 離開CPU 的時(shí)候就會(huì)將運(yùn)行時(shí)的中間結(jié)果存檔，等 CPU 下次再執(zhí)行該進(jìn)程的時(shí)候，根據(jù)“存檔記錄”恢復(fù)到上次執(zhí)行的狀態(tài)，然后繼續(xù)對(duì)該進(jìn)程往后執(zhí)行。

其中的處理過程會(huì)涉及到 CPU 其中的寄存器，CPU 的寄存器會(huì)動(dòng)態(tài)的維護(hù)操作系統(tǒng)為進(jìn)程分配的空間包括“存檔記錄”,當(dāng)進(jìn)程離開CPU 的時(shí)候，就需要把這些寄存器的值保存在PCB 的上下的字段中，當(dāng)CPU 下次繼續(xù)執(zhí)行該進(jìn)程的時(shí)候，CPU 的寄存器會(huì)重新維護(hù)我們的進(jìn)程（把PCB 中的值給恢復(fù)到上下文的字段中），所謂的上下文具體指的就是進(jìn)程運(yùn)行過程中，CPU 內(nèi)部的一系列存儲(chǔ)器維護(hù)的值。

秒懂百科對(duì) PCB 的解釋：

為了描述控制進(jìn)程的運(yùn)行，系統(tǒng)中存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊（PCB Process Control Block），它是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是進(jìn)程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)進(jìn)程均有一個(gè)PCB，在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，建立PCB，伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過程，直到進(jìn)程撤消而撤消。

4. 進(jìn)程的記賬信息

為了統(tǒng)計(jì)每個(gè)進(jìn)程在 CPU 上執(zhí)行的時(shí)間，可以作為進(jìn)程調(diào)度的參考依據(jù)，當(dāng)某個(gè)進(jìn)程執(zhí)行的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，或者是相對(duì)較短，操作系統(tǒng)就可以根據(jù)進(jìn)程的記賬信息，對(duì)進(jìn)程做出相應(yīng)的處理。

5. 進(jìn)程的組織

操作系統(tǒng)會(huì)使用雙向鏈表這樣的結(jié)構(gòu)來組織進(jìn)程

1. 創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，就是創(chuàng)建一個(gè)鏈表的節(jié)點(diǎn)

2. 銷毀一個(gè)進(jìn)程就是把鏈表的節(jié)點(diǎn)刪除了

3. 遍歷進(jìn)程列表，就是在遍歷鏈表

1.5 內(nèi)存的分配

每個(gè)進(jìn)制在執(zhí)行的時(shí)候，操作系統(tǒng)會(huì)給進(jìn)程分配內(nèi)存，用于執(zhí)行，不同的進(jìn)程使用的是不同的區(qū)域，進(jìn)程之前互相之間不會(huì)干擾。

那么操作系統(tǒng)是怎么保證各進(jìn)程之間不會(huì)相互干擾呢？

操作系統(tǒng)給進(jìn)程分配的內(nèi)存空間，是以“虛擬地址空間”的形式進(jìn)行分配的。

站在這兩個(gè)進(jìn)程的角度來講，他們操作的是頁(yè)表生成的虛擬地址，進(jìn)程對(duì)內(nèi)存的訪問會(huì)受到頁(yè)表的檢查，如果該進(jìn)程訪問的虛擬內(nèi)存的地址（越界等）不在頁(yè)表的記錄中，頁(yè)表就無法映射出真實(shí)的內(nèi)存地址，不會(huì)去執(zhí)行操作，也就無法真正的修改真實(shí)的內(nèi)存的值。

這樣就避免了進(jìn)程之間的相互影響，最大的目的就是為了方便校驗(yàn)當(dāng)前地址是否有效，也提升了操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

一個(gè)進(jìn)程無法直接干涉另一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

進(jìn)程具有獨(dú)立性，每個(gè)進(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間

1.6 進(jìn)程的通信

進(jìn)程具有獨(dú)立性，但是有些時(shí)候進(jìn)程之間需要進(jìn)行交互，進(jìn)程通信是指在進(jìn)程間傳輸數(shù)據(jù)(交換信息)。例如：啟動(dòng)騰訊視頻，如果你qq在線，就可以直接點(diǎn)擊qq登錄，也就不需要再輸入賬號(hào)密碼驗(yàn)證了，驗(yàn)證操作已經(jīng)在 qq 執(zhí)行過了，就會(huì)很方便，檢索的信息也是來自qq 提供的賬號(hào)密碼信息。

進(jìn)程之間的通信就是在進(jìn)程相互獨(dú)立的情況下，找一個(gè)公共區(qū)域，然后進(jìn)程之間通過這個(gè)公共區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

并發(fā)進(jìn)程之間的相互通信是實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程間協(xié)作和同步的常用工具．具有很強(qiáng)的實(shí)用性，進(jìn)程通信是操作系統(tǒng)中極為重要的部分。

至此，進(jìn)程的基本認(rèn)識(shí)博主已經(jīng)分享完了，希望對(duì)大家有所幫助，如有不妥之處歡迎批評(píng)指正。

本期收錄于博主的專欄——JavaEE，適用于編程初學(xué)者，感興趣的朋友們可以訂閱，查看其它“JavaEE基礎(chǔ)知識(shí)”。

下期預(yù)告：線程的概念

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