详细讲解 —— 进程（Java EE初阶）

进程

一、什么是操作系统

操作系统（Operating System）是一组做计算机资源管理的软件的统称。目前常见的操作系统有：
Windows系列、Unix系列、Linux系列、OSX系列、Android系列、iOS系列、鸿蒙、mac系列、openwtr系列等。

总结来说，操作系统就是一个“软件”，是计算机中最重要，也是最复杂的软件之一。

操作系统主要做了两件事情：

1. 管理好各种硬件设备。
2. 要给各种软件提供稳定的运行环境。

操作系统是把硬件和软件连接起来的。

操作系统的定位

操作系统所提供的功能是非常复杂的，其中比较重要的就是进程（软件资源的管理），下面来介绍操作系统中进程。

二、什么是进程

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。

进程（process）还有另外一个名字 任务（task）

什么是正在运行的程序
在我们下载软件的过程中，要下载一些文件，其中我们会发现一个文件的后缀名为.exe，这个文件为可执行文件。

如果我们不双击这个可执行文件，那么这个文件会在硬盘中，不会对系统有什么影响。
如果我们执行这个可执行文件，操作系统就会把这个可执行文件就会从硬盘加载到内存中，并且让CPU开始执行可执行文件内部的一些指令，这样程序就开始进行一些具体的工作了。

我们把这些运行起来的可执行文件称为“进程”。

上图就是在我电脑上正在运行的进程（可以从任务资源管理器中查看，当前电脑的进程）。

三、进程控制块（PCB）

操作系统是如何管理进程的

1. 先描述一个进程（明确出一个进程上面的一些相关的属性）。 操作系统主要是由C/C++来实现的，而此处描述是C语言中“结构体”所实现的，操作系统中描述进程的这个结构体，称为“PCB”（process control block）。
2. 组织若干个进程（使用一些数据结构，把很多的描述进程的信息给放到一起，方便进行增删改查）。 典型的实现是用双向链表来把每个进程的PCB给串起来，这里典型的实现是指Linux系统，操作系统的种类是有很多的，每一种操作系统实现可能不尽相同，具体的还是要看操作系统的原码。

创建进程 — 先创建出PCB，再把PCB放到双向链表中。
销毁进程 — 现在双向链表中找到PCB，再删除相应的PCB。
查看任务管理器 — 遍历双向链表并打印。

PCB中的基础属性

1. pid（进程id）进程的身份标识。 每一个进程，都有一个独一无二的编号，这个编号就是进程的pid。
2. 内存指针。 指明了这个进程要执行的代码、指令、以及所需要的数据在内存的那一块空间中。 在执行可执行文件中，CPU就要通过这个内存指针来找到进程在内存的那一快空间中。
3. 文件描述符。 程序运行的过程中，经常要和文件打交道（文件在硬盘上，不在内存上）。 当进程每打开一个文件，就在文件描述符表中增加一个，文件描述符表可以看做是由数组来组成的，在打开进程时，系统会自动打开三个文件，分别是：标准输入（System.in）、标准输出（System.out）、标准错误（System.err）。 其中文件描述符表中的下标为文件描述符。

上面的属性是一些基础的属性，下面的一组属性，主要是为了实现进程调度。

PCB中为了实现进程调度的属性

进程调度（是理解进程管理的重要话题）
现在的操作系统都是可以执行多任务的操作系统（一个系统同时执行了很多的任务）。像Linux系统，Windows系统等等。
在同一时刻很多的程序都在运行，像qq，画图板，qq音乐，idea等等，操作系统同时管理这些程序，这个就是进程调度。

我们系统上的进程数量，有几十个，上百个，但是我们的CPU核数就那么几个（6核或8核），那个这六个核心怎么调用这么多的进程。这就需要CPU进行并发执行。

并行和并发
并行：微观上，两个CPU核心，同时执行两个任务的代码。
并发：微观上，CPU一小段时间执行任务1，一小段时间执行任务2，一小段时间执行任务3…，只要执行的足够快，在宏观上就可以看成是同时运行。

CPU执行的到低有多快呢？

上面图片是我电脑上的参数，其中处理器是3.00GHz。
其中1G = 1024M， 1M = 1024K， 1K = 1024。
所以3GHz用计算器来算差不多就是34多亿次，这个是1秒钟可以执行指令的次数。所以就算计算机同时执行几个进程，我们在宏观上也是感受不到的。

正是因为我们在宏观上区分不了，并发和并行，所以我们一般用并发来代指 并行 + 并发。
只有我们在讨论操作系统调度这个话题的时候才作区分。

属性

1. 状态。 这个状态告诉进程接下来该怎样调度。 有两种状态：一种是就绪状态，随时可以去CPU上执行；另一种是堵塞状态，暂时不可以去CPU上执行。 Linux中的进程状态还有许多其他的。
2. 优先级。 同时执行多个进程。操作系统给哪一个进程分配的时间多，给哪一个进程分配的时间少；以及先执行哪个进程，后执行哪个进程。
3. 记账信息。 统计每一个进程执行了多久，分别执行了那些指令，等待了多久，为以后的进程调度提供依据。
4. 上下文。 表示上次进程调度出CPU的状态信息，为下次调度进程进CPU后，继续往后执行。 就相当于我们进游戏的存档和读档，在我们退出程序之前，要存档，下次进入游戏系统自动读档，从我们上次退出时状态继续下去。

四、进程的独立性（虚拟地址空间）

在现在的操作系统上同时运行着多个进程，如果某一个进程出现了bug，进程崩溃了，但是不会影响其他的进程，能够做到这一点就是“进程的独立性”来保证的，而进程的独立性依仗着“虚拟地址空间”。

如果一个进程出现了bug，崩溃了，在早期的操作系统中，其他进程也会崩溃，这是因为早期的操作系统中的进程是访问同一个内存地址空间的。一个进程崩溃，其他的跟着崩溃。

为了解决早期的操作系统出现的问题，就出现了虚拟地址空间。

每一个进程在内存中都有一个不同的地址空间。其中有的进程分配的空间大，有的进程分配的空间小。具体的大小要根据进程的大小，然后由操作系统来分配。

五、进程间的通信

进程之间通过虚拟地址空间，已经各自之间隔开了。
但是有的时候进程之间是需要进行交互的。

进程间，进行通讯是通过公共地址空间来实现的。这个公共地址空间，不在进程A中也不在进程B中。
进程A把信息存放到公共空间中，进程B再从公共空间中把信息读走。这样就实现了两个独立进程之间的交互。

在操作系统中，提供的“公共空间”有很多种，并且各有特点。
有的存储速度快，有的存储速度慢，有的存储空间大，有的存储空间小。操作系统中提供了多种这样的进程间通信的机制。

现在最主要使用的进程间通信方式，有两种：

1. 文件操作
2. 网络操作

在后面的文章中会详细讲解。这里想大致了解一下。