Linux 进程：理解进程和pcb

一、进程的概念

什么是进程？

 进程就是进行中的程序，即运行中的应用程序。比如：电脑上打开的LOL、QQ…… 这些都是一个个的进程。

什么是应用程序？

 应用程序就是程序员写的代码，在应用程序还没有运行的时候，这些代码就是一堆存储在硬盘里的机器指令。

应用程序是怎么运行的？

 操作系统将程序的代码（也就是机器指令）从硬盘加载到内存中，然后CPU从代码的指定位置开始进行处理，这样一个程序就开始运行了，进程也就产生了。

二、CPU分时机制

要了解程序的并发与并行，首先要了解CPU的分时机制。

什么是CPU的分时机制？

  单核CPU只有一个核心，一个核心意味着在一段时间内只有一个程序可以运行，也就是说，QQ和LOL不能同时运行。那如果我们想一边玩LOL，一边聊QQ，岂不是实现不了？但我们现在并没有遇到这样的情况，我们可以一边打游戏，一边聊QQ，同时还可以听歌。这是因为CPU的分时机制，正因为有了分时机制，我们才可以实现多个程序一起运行。

CPU的分时机制：

  每个程序运行一小段时间（即一个时间片），然后换下一个程序运行，以此类推。但是，CPU的运行速度很快，所以我们在使用的时候感觉不到程序是在切换运行，而是感觉多个程序同时在运行。这是因为有分时机制，才让我们可以一起运行多个程序。

三、并发与并行

并发与并行都是用来形容多个程序一起运行的，但是它们的差别很大。

1.并发

并发：多个程序在同一个时间段一起运行。

  一个核心在同一时间点只能处理一个程序，但是我们又不可能等程序A全部执行完才能执行程序B。如果我们现在使用电脑时，运行完QQ后，才可以运行LOL，想必大家会很难受的。因此程序是轮流运行的，在同一个时间段，可以让QQ和LOL轮流运行，一个程序运行一小会，这就是分时机制。因为CPU的处理速度非常快，所以我们其实感觉不到程序在轮流运行，给我们的感觉就像是同时运行。

  如图，一个箭头代表只有一个核心，在A时间到B时间这个时间段，由于CPU的分时机制，三道程序轮流运行，这就是并发。

2.并行

并行：多个程序在同一个时间点一起处理。

  一个核心在一个时间点只能处理一个程序，如果有多个核心，那么就可以每个核心都运行一个程序，这样就实现了多个程序在同一时间点一起处理。

  如图，有三个核心，在A时间点，三个核心同时运行三道程序，这就是并行。

四、pcb的概念

pcb的产生其实就是因为CPU的分时机制，接下来先看看关于CPU分时机制的一点疑惑。

（1）对CPU分时机制的疑问：

  如果此时有两个进程在运行（LOL和QQ），LOL运行完一个时间片后，接下来该QQ来运行下一个时间片，QQ运行完后又轮到LOL。问题来了，当QQ第二次运行的时候，怎么知道它上次运行到了哪里？怎么知道接下来从哪里开始运行？这就是对于CPU分时机制的疑问。

（2）对CPU分时机制疑问的解决：

  为了解决上述问题，操作系统就要对运行中的程序（即进程）进行一些描述：描述LOL在上个时间片用完的时候运行到了哪里？上个时间片用完的时候LOL的运算数据保存在哪里？下一个时间片应该从哪里开始运行？LOL程序存在于内存中的哪个位置？等等诸多信息。因为如果不知道这些数据，那么等到下一次再运行LOL的时候，怎么知道该从哪里继续运行呢。

（3）什么是pcb？

  pcb（进程控制块）的作用就是保存程序运行时的信息（也就是进程信息），在Linux中pcb就是task_struct结构体，结构体里面就记录了这个进程的各个信息，里面记录的描述信息有：内存指针，上下文数据，程序计数器，进程状态，IO信息，记账信息等。通过这些信息使得下一次轮到这个进程运行的时候，程序可以正常进行。