12-03 进程

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一 什么是进程

进程：正在进行的一个过程或者说一个任务。是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。

进程是操作系统中最基本、重要的概念。是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个抽象概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。

二 进程与程序的区别

程序仅仅只是一堆代码而已，而进程指的是程序的运行过程。

想象一位tom猫正在给他的宿敌jerry做奶油蛋糕。

他有做奶油蛋糕的食谱及所需的所有原料:面粉、鸡蛋、奶油等。

在这个比喻中：

• 做蛋糕的食谱就是程序

• tom猫就是处理器(cpu)

• 而做蛋糕的各种原料就是输入数据

• 进程就是tom阅读食谱、取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和

现在假设tom猫的主人站在门外需要tom去开门

tom想了想，给主人开门的任务比给jerry鼠做蛋糕的任务更重要，于是tom立马先记下照着食谱做到第几步(保存进程的当前状态)，然后跑去给主人开门。这里，我们看到处理机从一个进程(做蛋糕)切换到另一个高优先级的进程(开门)，每个进程拥有各自的程序(食谱和开锁)。开门之后，tom又回来从他离开时的那一步继续做蛋糕

需要强调的是：同一个程序执行两次，那也是两个进程，比如打开快播，虽然都是同一个软件，但是一个可以播放苍井空,一个可以播放饭岛爱,分别做不同的事情也不会混乱

三 进程调度

要想多个进程交替运行，操作系统必须对这些进程进行调度，这个调度也不是随即进行的，而是需要遵循一定的法则，由此就有了进程的调度算法。

• 先来先服务调度算法

  先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型的作业（进程）。
  

• 短作业优先调度算法

  短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。但其对长作业不利；不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理；作业的长短只是被估算出来的。
  

• 时间片轮转法

  时间片轮转(Round Robin，RR)法的基本思路是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成比例。在时间片轮转法中，需要将CPU的处理时间分成固定大小的时间片，例如，几十毫秒至几百毫秒。如果一个进程在被调度选中之后用完了系统规定的时间片，但又未完成要求的任务，则它自行释放自己所占有的CPU而排到就绪队列的末尾，等待下一次调度。同时，进程调度程序又去调度当前就绪队列中的第一个进程。
  

• 多级反馈队列

  前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。
  而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中，调度算法的实施过程如下所述。
  (1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，……，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
  (2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，……，如此下去，当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。
  
  (3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。