1. 程序与进程

1.1 程序（Program）

程序是存放在磁盘上的指令和数据的有序集合，通常以文件形式存在。它是静态的，是代码和数据的物理载体。

1.2 进程（Process）

进程是执行一个程序所分配的资源的总称，是程序的一次执行过程。它是动态的，具有生命周期，包括创建、调度、执行和消亡。

核心区别：

• 程序是静态的代码文件，进程是动态的执行实体
• 一个程序可以对应多个进程（如同时打开多个浏览器窗口）
• 进程拥有系统分配的资源（内存、CPU时间片、文件描述符等）

2. 进程的内存布局

一个进程在内存中通常包含以下几个部分：

2.1 代码段（Text Segment）

• 存放程序执行代码的区域
• 大小在程序运行前就已确定
• 通常是只读的，防止程序意外修改自身指令
• 可能包含一些只读的常数变量（如字符串常量）

2.2 数据段（Data Segment）

• 存放程序中已初始化的全局变量和静态变量
• 在程序加载时分配并初始化

2.3 BSS段（Block Started by Symbol）

• 存放程序中未初始化的全局变量和静态变量
• 在程序加载时分配，但初始值全为0或空指针
• 不占用磁盘空间，只在内存中分配

2.4 堆（Heap）

• 用于动态内存分配的区域
• 当调用 malloc、calloc、realloc 等函数时，从堆中分配内存
• 当调用 free 函数时，将内存释放回堆
• 堆的大小可以动态增长或缩减
• 需要程序员手动管理内存分配和释放

2.5 栈（Stack）

• 存放函数调用时的局部变量、函数参数、返回地址等
• 不包括 static 声明的变量（这类变量在数据段中）
• 采用"先进后出"（LIFO）原则，适合保存/恢复调用现场
• 由系统自动管理，函数调用时压栈，返回时弹栈

注意：代码段、数据段、BSS段属于程序本身的内容，在程序加载时确定；而堆和栈是在进程运行时动态管理的。

3. 进程控制块（PCB）

进程控制块是操作系统管理进程的核心数据结构，每个进程都有一个对应的PCB。

3.1 PCB包含的主要信息：

1. 进程标识符（PID）：唯一标识一个进程
2. 进程状态：运行、就绪、阻塞等
3. 程序计数器：下一条要执行的指令地址
4. CPU寄存器：进程切换时需要保存的寄存器值
5. CPU调度信息：进程优先级、调度队列指针等
6. 内存管理信息：基址寄存器、界限寄存器、页表等
7. 记账信息：CPU使用时间、时间限制等
8. I/O状态信息：分配给进程的I/O设备列表、打开文件列表等

3.2 PCB的作用：

• 作为进程存在的唯一标志
• 保存进程切换时的现场信息
• 提供进程调度所需的信息
• 实现进程间的通信和同步

4. 进程类型

4.1 交互式进程（Interactive Processes）

• 在shell下启动，与用户交互
• 可以在前台运行（占用终端），也可以在后台运行
• 示例：文本编辑器、终端命令等

4.2 批处理进程（Batch Processes）

• 与终端无关，通常被提交到作业队列中顺序执行
• 不需要用户交互，自动完成任务
• 示例：编译任务、数据分析任务等

4.3 守护进程（Daemon Processes）

• 系统启动时启动，一直在后台运行
• 不与任何终端关联，为系统或其他进程提供服务
• 通常以"d"结尾，如 httpd、sshd、cron 等
• 生命周期长，直到系统关闭

5. 进程状态

进程在其生命周期中会经历多种状态变化：

5.1 运行态（Running）

• 进程正在CPU上执行
• 单核CPU任一时刻只有一个进程处于运行态

5.2 就绪态（Ready）

• 进程已准备好运行，等待CPU调度
• 具备运行条件，只差CPU资源

5.3 阻塞态（Blocked/Waiting）

• 进程在等待某个事件的发生或某种系统资源
• 可中断睡眠：可以被信号唤醒（如等待用户输入）
• 不可中断睡眠：不能被信号唤醒（如等待磁盘I/O完成）

5.4 停止态（Stopped）

• 进程被暂停执行，通常由信号（如SIGSTOP）引起
• 收到继续信号（如SIGCONT）后可恢复运行
• 常用于调试或作业控制

5.5 僵尸态（Zombie）

• 进程已终止，但其PCB尚未被父进程回收
• 占用系统资源（PID），但不再执行
• 父进程应调用 wait() 或 waitpid() 来回收僵尸进程

5.6 死亡态（Dead/Terminated）

• 进程已完全终止，所有资源已被释放
• PCB已被回收，进程不复存在

6. 进程状态转换

创建 → 就绪 ↔ 运行 → 终止
         ↑      ↓
         └── 阻塞

1. 创建：新进程被创建，进入就绪态
2. 调度：就绪态进程被调度器选中，进入运行态
3. 时间片用完：运行态进程时间片用完，回到就绪态
4. 等待事件：运行态进程需要等待I/O等事件，进入阻塞态
5. 事件发生：阻塞态进程等待的事件发生，回到就绪态
6. 终止：运行态进程执行完毕或被杀死，进入终止态