进程
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。进程可以看作：
- 某个程序的一次执行过程；
- 正在运行的某个程序的抽象；
进程控制块
PCB：Process Control Block，又称为进程描述符、进程属性，和进程是一一对应的。
PCB 是操作系统用于管理控制进程的一个专门数据结构，是系统感知进程存在的唯一标志。
PCB 中包含了：
- 进程描述信息
- 进程标识符：唯一，通常是一个整数；
- 进程名：不唯一，通常基于可执行文件名；
- 用户标识符；
- 进程组关系；
- 进程控制信息
- 所拥有的资源和使用情况
- 虚拟地址空间的状况；
- 打开的文件列表；
- CPU 现场信息
- 寄存器值（通用寄存器、程序计数器 PC 等）；
- 指向该进程页表的指针；
进程表
进程表是所有进程的 PCB 的集合，反映了系统的最大并发度。
进程状态及状态转换
进程的三种基本状态
- 运行态（Running）：占有 CPU，并在 CPU 上运行
- 就绪态（Ready）：已经具备了运行条件，但是由于没有空闲的 CPU，而暂时不能运行
- 等待态（waiting/Blocked）：因等待某一个时间而暂时不能运行
三状态模型及状态转换
- 就绪 -> 运行：调整程序选择一个新的进程运行；
- 运行 -> 就绪：运行进程用完了时间片；或者一个高优先级进程进入了就绪状态，抢占正在运行的进程；
- 运行 -> 等待：当一个进程等待某个事件发生时；
- 等待 -> 就绪：锁等待的事件发生了；
只有就绪态和运行态可以相互转换，其他都是单向转换。
进程的其它状态
- 创建：已完成创建一进程所必要的工作，但因为资源有限尚未同意执行该进程；
- 终止：终止执行后，进程进入该状态，最后回收资源；
- 挂起：用于调节负载，进程不占用内存空间，将其进程映像交换到磁盘上；
五状态进程模型
新增了新建、结束和阻塞三个状态
七状态进程模型
增加了“阻塞挂起”和“挂起就绪”
进程队列
操作系统为每一类进程建立一个或多个队列，队列中的元素为 PCB，伴随着进程状态的改变，其 PCB 从一个队列进入了另外一个队列。
进程控制
进程控制操作完成了进程各种状态之间的转换，由具有特定功能的原语完成：
- 进程创建原语；
- 进程撤销原语；
- 阻塞原语；
- 唤醒原语；
- 挂起原语；
- 激活原语；
- …..
原语：完成某种特定功能的一段程序，具有不可分割性或者不可中断性。即原语的执行必须是连续的，在执行的过程中不允许被中断。
进程的创建
- 给新进程分配一个唯一标识以及进程控制块
- 为进程分配地址空间
- 初始化进程控制块
- 设置相应的队列指针（如: 把新进程加到就绪队列链表中）
进程的撤销
- 收回进程所占有的资源（如：关闭打开的文件、断开网络连接、回收分配的内存）
- 撤消该进程的 PCB
进程阻塞
处于运行状态的进程，在其运行过程中期待某一事件发生，如等待键盘输入、等待磁盘数据传输完成、等待其它进程发送消息，当被等待的事件未发生时，由进程自己执行阻塞原语，使自己由运行态变为阻塞态。
进程的地址空间
进程中的地址空间一般指的是相对地址空间。如果两个完全相同的程序运行，那么它们当中的栈、堆、数据段等的相对地址空间是一样的。
上下文切换（CONTEXT）
将 CPU 硬件状态从一个进程换到另一个进程的过程称为上下文切换。
进程运行时，其硬件状态保存在 CPU 上的寄存器中；进程不运行时，这些寄存器的值保存在进程控制块 PCB 中；当操作系统要运行一个新的进程时，将 PCB 中的相关值送到对应的寄存器中。
线程的基本概念
进程中的一个运行实体，是 CPU 的调度单位。进程中的线程继承了这个属性，所以有时将线程称为轻量级进程。程序的开始是以一个单线程进程方式运行的。
线程包含：标识符 ID，状态及状态转换，不运行时需要保存的上下文，自己的栈和栈指针。
进程仍然是资源的拥有者，但是线程共享所在进程的地址空间和其他资源。
线程机制的实现
用户级线程
在用户空间建立线程库：提供一组管理线程的过程。运行时系统完成线程的管理工作，内核管理的还是进程，不知道线程的存在，线程切换不需要内核态特权。
优点：
- 线程切换速度快（因为不需要内核处理）；
- 调度算法是应用程序特定的；
- 用户级线程可运行在任何操作系统上，只需要实现线程库；
缺点：
- 大多数系统调用是阻塞的，因为内核阻塞进程，故进程中所有线程也被阻塞；
- 多核处理器上，同一个进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器；
核心级线程
内核管理所有线程管理，并向应用程序提供 API 接口。内核维护进程和线程的上下文，且线程的切换需要内核支持。
混合模型
线程创建在用户空间完成，线程调度等在核心态完成。
线程和进程的区别
主要从四个方面比较线程和进程：
- 拥有资源：进程是资源分配的最小单位，但是线程不拥有资源，线程可以访问隶属进程的资源。
- 调度：线程是 CPU 调度的最小单位，在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换。但是从一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。
- 系统开销：由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O 设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。
- 通信方面：线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信，但是进程通信需要借助 IPC。