进程介绍
进程是操作系统提供了最古老也是最重要的抽象概念之一，他们将一个单独的cpu变换成多个虚拟的cpu，使得每个程序以为自己独自占用所有的计算机资源。进程的传统定义是：对正在运行程序的抽象。进程是程序的活动，有输入、输出以及状态，一个进程就是一个正在执行程序的实例。包括程序计数器、寄存器。
不过随着计算机的发展，多线程的出现，计算机实际运行和调度的对象的不再是进程。现代进程逻辑上不再保存当前运行的程序的状态，例如程序计数器、寄存器、堆栈指针等。这些和运行中的程序相关的保存在线程中，当然进程保存线程共享的数据，如内存信息、文件描述符。进程更多的表示多个线程的公共资源，所以以前的定义越来越不准确。进程现代的定义是：进程是程序的容器。进程不再是运行的程序，真正运行在cpu上的程序序列是线程。不过linux关于线程的实现很特别，以上的概念不完全适用于linux系统。
进程的创建和撤销
操作系统需要有一个方式来创建进程，一些简单的系统，在启动时，以后所有需要运行的进程都已存在，（比如空调中的系统），不过在通用的系统中，需要某种方法创建和撤销进程
会有几种情况导致进程的创建：
- 系统的初始化
- 正在运行的程序执行创建进程的系统调用
- 用户请求打开一个程序
操作系统启动时，会创建一些进程，一些是前台进程，一般与用户交互并且完成工作。其他是后台进程，这些于特定的用户无关，一般具有专门的功能。如web服务器，接受访问请求。linux启动时，会建立一个init进程，进程id为1，负责启动其他所有的进程。
新的进程也可以以后创建，一个正在运行的程序发出一个创建进程的系统调用，创建一个新的进程协助其工作。用户打开一个程序本质上也是一个和用户交互的程序执行创建进程。例如linux的shell程序接收命令后创建一个子进程。
在交互式系统中，用户通过双击或者命令可以启动一个程序，这个动作会开始一个新的进程，并在其中运行所选择的程序。
进程创建之后，开始运行，完成其工作。但永恒是不存在的，爱情也是如此，迟早会结束，一般有以下一个原因：
- 正常退出
- 错误退出
- 被其他进程杀死
- 宕机
多数进程是由于完成了他们的工作而终止，程序在完成工作后执行一个系统调用，通知系统他们的工作已经完成。在《现代操作系统》中，退出原因有个出错退出，比如程序接受到的参数不符合程序的要求，或者数据库访问失败，程序打印错误后，执行退出进程系统调用。如图：
我个人把出错退出归类到正常退出中，因为这些错误是程序有预见的，并且进行了错误处理，然后主动选择退出了。而且这些错误都是由程序自己规定的错误，比如上图中我在程序中没有规定updaddd是个合法的输入参数。或者规定数据库访问失败时选择退出而不是其他选择。
一些进程在运行时引起了系统规定的错误，比如访问了不该访问了地址，执行了无权执行的指令，除零错误等。一般情况系统会直接终止进程，但有些操作系统中，进程可以通知系统，希望自己来处理某些类型的错误，在发生这些错误时，进程会收到信号，而不是直接终止进程。
进程也可以执行一个系统调用终止其他进程，在unix中，这个系统调用时kill,windows中对应的函数是TerminateProcess。
进程状态
每个进程是一个独立的实体，有其自己的内部状态。当一个进程在逻辑上不能继续运行时，它就会阻塞，例如等待可以使用的输入。还有另一种情况：一个概念上能运行的进程被迫停止，因为操作系统调度另一个进程占用了CPU。这两种情况完全不同。第一中情况是程序自身的原因，第二种则是系统技术上的原因引起的。
如图显示进程的三种状态：
- 运行态（进程实际占用cpu）
- 就绪态（可运行，但因为其他进程在运行而暂时停止）
- 阻塞态（等待某些外部事件的发生，否则进程不能运行）
前两种在逻辑上是类似的。处于中两种状态的进程都可以运行，只是对于第二种状态暂时没有分配给它CPU。第三种状态与前两种完全不同，处于该状态的进程即便CPU空闲也无法运行。
进程的三种状态如图有四种转换类型：
进程发生阻塞，系统判断进程无法进程下去，发生1转换。
进程运行一段时间后，系统认为该让其它进程运行，发生转换2。同时系统选择一个就绪的进程分配给它CPU，发生转换3。转换2、3都是调用程序引起的。
当发生一个外部事件，产生一个中断，在阻塞队列的一个进程可能状态就变为了就绪状态。
但是转换5也是有可能发生的，即阻塞态到运行态的转换，这取决于具体系统的调度程序的实现。发生中断后，中断服务程序结束后，是选择立即重启被阻塞的进程，还是继续运行当前进程，还是选择其他进程，取决于调度程序。
进程的实现
为了实现进程模型，操作系统维护一张表格，即进程表。该表项包含了进程状态的重要信息，包括程序计数器、堆栈指针、内存分配情况、打开的文件信息、账号和调度信息，还有进程由运行态转换到就绪态或阻塞态必须保存的信息，从而保证该进程随后能再次启动，就像从未被中断过一样。
不过随着现代系统普遍引进线程的概念，已经操作系统对内核线程的实现，一些本来保存在进程控制块的信息现在转移到了线程控制块中，如程序计数器、堆栈指针。（这些我们在关于线程的部分在讨论）
与每一个I/O类关联的是一个称作中断向量的列表，它包含了中断服务程序的入口地址。假如一个磁盘发生了中断，用户的进程正在运行，则中断硬件将程序计数器、程序状态字、寄存器压入堆栈，计算机然后跳转到中断向量所指示的地址。以上是硬件完成的工作，然后软件，接管了一切剩余的工作。
中断过程：
- 硬件将程序计数器、程序状态字压入堆栈
- 硬件从中断向量装入新的程序计数器
- 汇编语言过程保存寄存器值，设置新的堆栈
- C中断服务例程运行
- 调度程序决定下一个将运行的进程
- C过程返回至汇编代码，汇编语言过程开始运行新的当前进程
硬件将cpu寄存器信息保存到堆栈后（第一步），硬件跳转到中断服务程序中（第二步）。所有的中断都是从保存寄存器开始的，硬件只是保寄存器临时压入堆栈中，需要中断程序自己进行后续处理。对当前进程而言，通常是保存到进程表项中。随后会从堆栈中删除有中断硬件机制存入堆栈的那部分信息，并将堆栈指针指向一个由进程处理程序所使用的临时堆栈。这些操作无法用C语言这一类高级语言描述，所以这些操作通过一个短小的汇编语言例程来完成，通常该例程可以供所有的中断使用，因为中断程序关于保存寄存器的工作都是完全一样的（第三步）。当该例程完成后，它调用一个C过程处理某个特定中断类型剩下的工作（第四步）。在完成有关工作后一些进程状态可能变成了就绪状态，接着调用调度程序，决定随后运行哪个进程（第五步）。随后将控制转给一段汇编代码，为当前的进程装入寄存器以及内存映射并启动该进程运行（第六步）。
当然各个具体操作系统的某些细节会有所不同。一个进程在执行过程中可能被中断数千次，但关键是每次中断后，被中断的程序都返回到中断发生之前完全相同的状态。
多道程序设计
由于程序在运行过程中，可能会发生很多次阻塞。如果在阻塞发生后系统可以调用另一个进程运行，则可以提高CPU的利用率。多道程序设计就是为了处理这种情况：同时有多个进程在运行，多个进程切换使用cpu。在一些进程阻塞的情况下，就绪的进程可以使用cpu资源，提高了资源的利用率。
参考文献：
【1】《现代操作系统》
【2】《操作系统概念》
【3】《深入理解计算机系统》