进程
进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象。在一个系统上可以同时运行多个进程,而每个进程都好像在独占地使用硬件。而并发运行,则是说一个进程的指令和另一个进程的指令是交错执行的。在大多数操作系统中,需要运行的进程数是多于可以运行它们的cpu个数的。传统系统在一个时刻只能执行一个程序,而先进的多核处理器同时能执行多个程序。无论是单核还是多核系统中,一个cpu看上去都是在并发地执行多个进程,这是通过处理器在进程间切换来实现的。操作系统实现这种交错执行的机制称为上下文切换。为了简化讨论,我们只考虑包含一个cpu的但处理器系统的情况。
操作系统保持跟踪进程运行所需的所有状态信息。这种状态,也就是上下文,包括许多信息,比如pc和寄存器文件的当前值,以及主存的内容。在任何一个时刻,单处理器系统都只能执行一个进程的代码。当操作系统决定要把控制权从当前进程转移到某个新进程时,就会进行上下文切换,即保存当前进程的上下文、恢复新进程的上下文,然后将控制权传递到新进程。新进程就会从它上次停止的地方开始。
如图所示,从一个进程到另一个进程的转换是由操作系统内核(kernel)管理的。内核是操作系统代码常驻主存的部分。当应用程序需要操作系统的某些操作时,比如读写文件,它就执行一条特殊的系统调用(system call)指令,将控制权传递给内核。然后内核执行被请求的操作并返回应用程序。注意,内核不是一个独立的进程。相反,它是系统管理全部进程所用代码和数据结构的集合。
实现进程这个抽象概念需要低级硬件和操作系统软件之间的紧密合作。
本文取自《深入理解计算机系统》(第三版) 内容。