1.操作系统

操作系统是管理计算机硬件、给应用程序提供服务的系统软件，是硬件和应用软件之间的中间层。

操作系统主要两个功能：

1.资源管理：管理计算机全部软硬件资源（CPU、内存、外设、文件），分配调度资源。

2.提供用户接口（用户服务）：屏蔽硬件细节，给用户 / 程序提供使用计算机的接口，方便使用计算机。

目前常见的操作系统：：Windows系列、Unix系 列、Linux系列、OSX系列、Android系列、iOS系列、鸿蒙等

2.什么是进程

进程是程序的一次执行过程，是操作系统进行资源分配的基本单位。

操作系统如何管理进程？

首先解释什么是PCB（进程控制块）

PCB 是进程存在的唯一标志，操作系统靠 PCB 感知、管理进程。

PCB（进程控制块）核心属性

PCB 相当于操作系统给每个进程建立的档案本，下面每一项就是档案里面记录的信息。操作系统依靠 PCB 完成对进程的管理。

1. 进程标识：PID 进程号

PID 就相当于每个进程的身份证号，操作系统可以同时跑上百上千个进程，靠 PID 识别区分。

2. 进程状态

进程有三个状态

1）就绪状态：使用资源准备就绪，就等 CPU，一旦 CPU 空闲可马上运行。

2）运行状态：进程正在 CPU 上跑，占用 CPU。

3）阻塞状态：进程卡在等待某个事件，比如等待键盘输入、读硬盘数据。此时就算 CPU 空闲，它也不能运行。

3.CPU 现场（进程上下文）：寄存器、程序计数器 PC（进程切换要保存）

类比：游戏存档读档。进程在 CPU 运行，当它要离开 CPU，把当前运行状态 “存档”；之后再次被调度上 CPU，“读档”，从刚才中断的地方继续执行，不会从头跑。

程序计数器 PC：存下一条要执行指令的内存地址。 寄存器：CPU 内部临时存放的小单元，进程运行时，计算结果存放在寄存器中。

场景：CPU 正在跑 A 进程，时间片到，要切去跑 B 进程。 A 进程不能直接丢掉当前执行进度，把 PC、寄存器全部值保存进 A 的 PCB。CPU 去运行 B 进程。以后再次调度 A 进程运行的时候，从 A 的 PCB 把现场读回 CPU 寄存器和 PC，A 接着上次断点继续跑。

4. 调度相关信息

优先级

CPU 核心少，但系统有上百个进程。操作系统依靠进程调度实现并发与并行。 优先级保存在 PCB 中，用来帮助调度器挑选进程。

• 优先级高：更容易被调度器选中，分到更多 CPU 机会，优先上 CPU 运行。
• 优先级低：只有高优先级进程不跑的时候，才轮到它。

进程的记账信息

存放在 PCB 中，是一套统计机制，核心统计：每个进程在 CPU 上一共运行了多长时间。

记账 = 统计 “工时”。 记账信息记录每个进程总共干了多久活。发现某个进程工时太少，就给它 “插队优待”，防止一直轮不到它（解决进程饥饿）。

补充概念：并发、并行

• 并发：同一个 CPU 核心，用分时复用，快速切换多个进程，宏观看起来同时运行。单核 CPU，同一时刻只能跑一个进程；CPU 跑一会儿进程 A，切到进程 B，再切到进程 C。切换速度极快，人感觉是一起运行。
• 并行：多个 CPU 核心执行不同的进程，同一时刻真正同时运行。

5. 资源信息：内存地址、打开文件

PCB 里面保存的内存地址信息，本质是指针。

一个进程的内存空间里，有的部分是 “指令”，有的部分是 “数据”。内存指针告诉系统，哪个部分是指令，哪个部分是数据。

• 指令：存放编译后的二进制机器指令，就是程序的代码。CPU 读取这里的指令一条条执行。
• 数据：放程序运行产生的：变量、常量、全局数据。程序运行读写、修改这一块内存。

文件的真实内容存放在硬盘，PCB 不会保存文件内容，仅记录该进程打开了哪些文件。

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PCB 内容小结

PID（身份）+ 进程状态 + 进程上下文（CPU 现场存档）+ 调度信息（优先级、记账信息）+ 资源信息（内存、打开文件）。