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前言
操作系统里面有两个非常重要的图像，一个是多进程图像，另外一个就是文件管理图像。这一篇博客来和大家探讨一下什么是多进程图像，以及操作系统是如何支持多进程图像的。
多进程操作系统的由来
多进程图像对操作系统非常重要，是操作系统的核心部分，明白了它之后对于操作系统就明白了一大部分。
那么多进程图像是怎么想出来的呢?
操作系统的核心就是管理硬件，CPU是计算机的核心硬件，操作系统就是在管理cpu的时候想出了多进程图像，并且通过多进程图像将cpu管理好了，CPU管理好了，其他硬件自然带动起来了，所以说多进程图像是操作系统的核心图像。
cpu管理的直观想法：
管理CPU，首先使用cpu，管理它就是要更加高效的使用它。cpu是怎么用的呢？
cpu是如何工作的
CPU的工作原理：如果pc指针是200，那么cpu就是把200放在地址总线上面，然后内存知道地址总线上面的值是200，就把200这个地址对应的指令通过数据总线发给cpu，然后cpu执行指令，pc指针自动加一，如此往复。
从这里可以看出，只要给cpu一个初值就可以工作了。，因为pc指针会自动加加的，
这么一直执行有没有什么问题呢？
功能上是没有问题的，因为无论有多少道程序，只要计算机不死机总能执行完；但是在性能上呢？我们都知道程序并不都是计算程序的，有些程序是要访问io的，如果是都是计算的程序，那么cpu一直在使用，利用率为100%，但如果是访问io的程序呢？在访问io时，cpu是处于空闲状态的，如果按照刚才那种执行方式在访问io的时候，cpu只能干等着，这样就降低了cpu的使用效率了。实际上，这对于cpu的效率影响是非常大的，cpu访问一次io用的时间可能可以让cpu执行十万次计算指令了，毕竟电子设备和机械设备的速度差了很多个数量级。
有问题存在就会有人去想解决方法。正如“你为什么要去登珠穆朗玛峰？因为它就在那里”一样。这个问题就像你泡茶的时候，在等水开的那段时间你会一直盯着水看吗？肯定不会，因为你看不看对结果没有影响，水并不会因为你在旁边看而缩短开的时间。
于是有人提出一个解决方法，如果程序A在访问io，那么就趁这段时间去执行程序B，等程序A的io访问完了之后再接着执行程序A，这样就会缩短程序总的执行时间；cpu的利用率也就自然而然的上来了。即“同时”执行多道程序。
“多道程序、交替执行”是提高cpu效率的一个好办法。但是如何实现呢？
在一个cpu上面交替执行多个程序称为：并发。如何实现并发？程序A在执行的时候如果碰见io指令就跳到程序B去执行，这个可以通过修改PC指针来实现，等程序A的io执行完了再跳回来也是通过修改PC指针就可以实现，看起来好像很容易实现，但是真的是这样吗？看下面一个例子：
如果只执行程序1，那么当add ax,bx 执行完之后，ax里面的值是3，但是现在如果执行完
mov ax,1
mov bx,2
之后跳到
mov ax,100
mov bx,200
再跳到add ax,bx；那么ax中的值就是300，很明显不符合程序1的逻辑。因此为了解决这个问题，操作系统给每个运行中的程序提供一个存放信息的结构：PCB（进程控制块），这可不是PCB线路板哦；PCB是一种数据结构，存放的是程序跳转时当前运行程序的信息，比如上面那个例子，在mov bx,2执行完了之后，ax，bx的值、下一条指令的执行地址都会被存在PCB中，等再次执行程序1的时候ax、bx的值仍然是1和2.
注意上面那段话中出现了一个概念：运行中的程序；这是什么意思，如果程序在磁盘中没有运行，那么这种程序叫静态程序，如果一个程序正在运行，那么就叫运行中的程序。他们有什么不一样呢？
- 最直观的一个在运行，一个没在运行；
- 运行中的程序有开始和结束，因为不一定会一直运行它；
- 运行中的程序还有一个PCB用来存储当前程序的运行状态，等等
既然这种运行中的程序与静态程序有这么多不一样地方地方，那么肯定需要一个概念来描述它，那就是“进程”。
小结一下
如何让cpu工作？给它一个进程就好了；如何让cpu高效率的工作？让它“同时”执行多个程序就好了。
操作系统是如何支持多进程图像的
多进程给上层用户的感觉就是：同时启动了多少个进程
操作系统只需要把这些进程记录好，按照合理次序推进，让用户感觉这几个进程同时在运行。
前面说过，main.c文件中有这样两行：
if (!fork())
{init();}
这个其实就是创建了第一个进程。就是创建第一个进程，在init中创建了shell，shell对应windows就是启动了windows桌面。在shell中有如下一段代码(init()中)：
int main(int argc,char*argv[])
{
while(1)
{
scanf("%s", cmd);
if(!fork())
{
exec(cmd);
}
wait();
}
}
大意就是：等待用户输入一个命令，然后创建一个进程，运行它，等待下一个命令的到来。直到关机。
如何证明cpu是多进程执行的？
打开任务管理器就好啦，同样，任务管理器也是一个进程。
操作系统是怎么支持多进程图像的
1，操作系统是如何组织多进程的？
操作系统感知、组织进程全靠PCB。如何组织呢？在PCB这个结构体之上形成一些数据结构（队列）；进程可能有几种状态，有正在执行的进程（运行态），有准备好了只等cpu来执行的进程（就绪态），有还缺少一些东西没准备好在等待的进程（阻塞态）。操作系统可以通过进程对应的PCB来知道进程现在所处的状态。根据进程的状态转化可以形成如下的进程状态图：
新建态表示进程刚创建出来时所处的状态，终止态表示进程运行完之后所处的状态。
箭头表示操作系统的控制作用，操作系统通过控制进程所处的状态来推进进程的运行；对进程进行管理。
根据PCB、状态形成不同都队列，放在不同的位置
2，操作系统如何交替（切换，非常复杂）？
后面会细讲
包括调度和切换，调度是指从就绪队列中选择哪一个进程进入运行态。切换就是如何保留现场之后进入
新的进程，然后还能回来。
调度是一个很深刻的问题,本课程不会详讲，有很多算法问题；只会讲FIFO：公平，但是没有考虑进程执行
的任务的区别。Priority优先级：给每个任务设置优先级
切换：首先保留上一个进程的执行现场，就是将cpu里面的东西保存在进程对应的PCB里面；转到另外一个进程
将进程PCB里面的东西放到CPU里面去；问题就是这些都要精细的控制，控制每个寄存器
3，多进程如何影响？
多个进程之间会相互影响，为什么会相互影响呢？因为多个进程都是存放在内存上面的，如果进程A在执行的时候操作了进程B所在的内存，那么当进程B运行的时候肯定会出问题呀，因此必须要避免。如何避免呢？对地址进行分离，
这是内存管理的内容，基本思路是给每一个进程都分配一个地址映射表，进程A中操作的地址经过映射表之后会映射到实际的物理地址，因为每一个进程都有一个映射表（映射算法不同），所以不同进程代码中相同的地址映射到的实际地址是不同的，也就是说进程中的地址可以一样，因为实际操作的地址不同呀。比如进程A中的[100]经过地址映射到物理地址是80，进程B经过地址映射表之后映射到的地址是20，这样即使进程A和进程B中都操作了[100]这个地址也无所谓，因为实际操作的地址是不一样的。注意这个不是使用CPL和DPL来解决的，CPL和DPL只是用来区分用户态和核心态的。
4，多进程如何合作？
一个进程如果需要依靠另外一个进程的执行结果不就是合作了吗
关于操作系统是如何支持多进程图像这个问题，相信会随着学习的深入理解会越来越深的 ^ - ^
参考资料
哈工大李志军操作系统