基本概念整理（一）：进程、并发、并行

进程

• 狭义定义：进程是正在运行的程序的实例（an instance of a computer program that is being executed）。

• 广义定义：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

进程的概念主要有两点：

• 第一，进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间，一般情况下，包括文本区域（text region）、数据区域（data region）和堆栈（stack region）。
  文本区域存储处理器执行的代码；数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。

• 第二，进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操作系统执行之），它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。

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概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础。

进程的状态

进程执行时的间断性，决定了进程可能具有多种状态。事实上，运行中的进程可能具有以下三种基本状态。

1）就绪状态（Ready）：
进程已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如，当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时，排入低优先级队列；当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时，排入高优先级队列。

2）运行状态(Running)：
进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态)，通常会自动执行系统的空闲进程。

3）阻塞状态(Blocked)：
由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程，也无法运行。

在UNIX里，除了进程0（即PID=0的交换进程，Swapper Process）以外的所有进程都是由其他进程使用系统调用fork创建的，这里调用fork创建新进程的进程即为父进程，而相对应的为其创建出的进程则为子进程，因而除了进程0以外的进程都只有一个父进程，但一个进程可以有多个子进程。

操作系统内核以进程标识符（Process Identifier，即PID）来识别进程。进程0是系统引导时创建的一个特殊进程，在其调用fork创建出一个子进程（即PID=1的进程1，又称init）后，进程0就转为交换进程（有时也被称为空闲进程），而进程1（init进程）就是系统里其他所有进程的祖先。

当一个子进程结束运行（一般是调用exit、运行时发生致命错误或收到终止信号所导致）时，子进程的退出状态（返回值）会回报给操作系统，系统则以SIGCHLD信号将子进程被结束的事件告知父进程，此时子进程的进程控制块（PCB）仍驻留在内存中。一般来说，收到SIGCHLD后，父进程会使用wait系统调用以取得子进程的退出状态，然后内核就可以从内存中释放已结束的子进程的PCB；而如若父进程没有这么做的话，子进程的PCB就会一直驻留在内存中，也即成为僵尸进程。

孤儿进程则是指父进程结束后仍在运行的子进程。在类UNIX系统中，孤儿进程一般会被init进程所“收养”，成为init的子进程。

为避免产生僵尸进程，实际应用中一般采取的方式是：

• 将父进程中对SIGCHLD信号的处理函数设为SIG_IGN（忽略信号）；
• fork两次并杀死一级子进程，令二级子进程成为孤儿进程而被init所“收养”、清理。

并发、并行与串行

• 并发是两个队列交替使用一台咖啡机，

• 并行是两个队列使用两台咖啡机，

• 如果串行，一个队列使用一台咖啡机，哪怕前面的人去厕所了，后面的人，也只能等他回来，才能去接咖啡，无疑效率是最低的。

有评论里说，并发是不是一个线程，并行是多个线程？
答：并发和并行都可以是很多个线程，就看这些线程能不能同时被（多个）cpu执行，如果可以就说明是并行，而并发是多个线程被（一个）cpu 轮流切换着执行。

假设你需要洗衣服和做饭；

• 串行：先洗完衣服再做饭，或者先做完饭再洗衣服。
• 并发：一会洗衣一会做饭，但疾如闪电。
• 并行：把洗衣盆拿到灶台上，左手挥铲右手搓衣。