进程与线程

为了提高CPU的利用率发明了进程

处理器的速度比大部分IO设备的速度都要快得多。
程序在IO设备上运行时，处理器必须暂停保持空闲，等待IO处理结果（如图a）。这将导致严重的资源浪费。
如果当CPU阻塞，等待其他设备运行结果时，将原有程序挂起，转而运行其他程序（如图b），则CPU的利用率将会得到大幅提高。

另一方面，在单核系统中，为了在宏观上实现程序的并行，避免一个程序长时间占用CPU导致其他程序无法被执行，在一定时间后，CPU主动将正在运行的程序调出，转而执行其他程序。
尽管在微观上，仍然是一条条指令顺序执行，但在宏观上实现了并行。

多个程序并发执行

为了恢复执行时，程序能在被挂起前的位置继续执行接下来的代码，需要将程序的上下文及有关数据保存起来，存储在内存中，将这部分信息称之为进程。

进程是系统作为资源分配的基本单位，由一组机器指令、数据结构和堆栈等组成，能独立运行的活动实体。

可以把进程视为由一组元素组成的实体，包括程序代码和与之相关联的数据集。
在内存中，分配一个称为**进程控制块（Process Control Block，PCB）**的数据结构，用于存放进程的信息。

操作系统在执行调度、资源分配、中断处理、性能监控和分析时，都能读取和修改PCB。可以说PCB集合定义了操作系统的状态。

进程链表结构

PCB包含进程标识信息、进程状态信息和进程控制信息。

标识符：

与进程相关的唯一标识符。每个进程都分配了一个唯一的数字标识，可以简单的表示为主进程表中的一个索引。
进程之间通信时，进程标识可用于指明通信目标；进程自主创建其他进程时，标识符用于指明每个进程的父进程和子进程。

标识符包括：
- 进程的标识符（Process ID, PID）；
- 创建该进程的进程（父进程）的标识符；
- 用户标识符（User ID，UID）；

运行一个进程时，进程的信息会出现在寄存器中。中断进程时，必须保存该寄存器的所以信息，以便腾出寄存器给其他进程使用，
并且恢复执行时可以恢复这些信息到寄存器中。包括：

用户可见的寄存器：

用户可见的寄存器是处理器在用户模式下，执行机器语言时可以访问的寄存器。
控制和状态寄存器：

用于控制处理器操作的寄存器，包括：
- 程序计数器：包涵下一条待取指令的地址；
- 条件码：最近算术或逻辑运算的结果（如符号、零、进位、等于、溢出等）；
- 状态信息：包括终端允许/禁用标志、执行模式；
栈指针：

栈用于保存参数和过程调用或系统调用的地址。

操作系统在控制和协调各种活动进程所需的额外信息。包括：

调度和状态信息：

操作系统执行调度所需的信息。包括：
- 进程状态：定义待调度执行的进程的准备情况；
- 优先级：描述进程调度的优先级；
- 调度相关信息：取决于调度算法，如进程的等待时间、上次执行时间等；
- 事件：进程在继续执行前，等待的事件标识；
数据结构：

进程可以以队列、环或其他结构连接到其他进程。
进程间通信：

各种标记、信号和信息可以与两个无关进程间通信关联。
进程特权：

进程根据其可以访问的内存和可执行的指令类型来赋予特权。
存储管理：

包括一些指针，指向分配给该进程的虚存的段表或页表。
资源所有权和使用情况：

指示进程控制的资源。

操作系统通过创建和管理进程控制块来管理进程。PCB包含了充分的信息，也因此可以中断一个进程的执行，并在之后恢复。

在任何一个时刻，一个进程要么正在被执行，要么未执行。
未被执行的进程，一些进程已经就绪，待CPU调度便可马上执行；一些进程被阻塞等待IO；还有的进程已经运行结束，需要辅助程序分析和记录；

五状态模型对进程从新建到退出的各个状态进行了划分：

进程状态切换

空 -> 新建：

操作系统已经执行力创建进程的必要动作，但还为执行。可能是内存不足，或系统总进程数已满。
在新建态时，操作系统所需的关旭该进程的信息保存在内存的进程表中，但PCB本身还没有被载入内存。
新建 -> 就绪：

操作系统准备好接纳一个新进程。
就绪 -> 运行：

CPU调度器根据调度策略，选取就绪队列中的进程，进入CPU执行。
运行 -> 退出：

若当前正运行的进程已完成或取消，将被操作系统终止。
运行 -> 就绪：

正在运行的进程已经达到允许不中断执行的最大时间段。或被有更高优先级的进程所抢占。
运行 -> 阻塞：

进程请求其他资源时，必须等待事件的响应才能继续执行，则进入阻塞态。
阻塞 -> 就绪：

所等待的事件发生时，被阻塞的进程转换到就绪态，等待调度执行。
就绪 -> 退出：

当父进程主动结束子进程，或父进程终止，其相关的所有子进程都将被终止。
阻塞 -> 退出：

与上一项一致。