這是作業系統系列第 2 篇，
如果你想知道作業系統每天都在做些什么，那就打開你的資源監視器：
資源監視器截圖，Windows 10
單獨通過這一張圖，我們就能夠總結出作業系統的幾個重要功能：
- 行程管理
- 執行緒管理
- 記憶體管理
- I/O 管理（包含了磁盤調度）
- 檔案管理，這一功能在圖里沒有表現出來，但我相信每個使用計算機的人都知道它，
為什么我要從行程開始講起呢？
原因很簡單，我們每天使用計算機，包括手機和電腦，本質上是使用運行在其作業系統上的應用程式，對于我們來講，作業系統最為直觀的功能就是行程管理，所以，讓我們從行程管理入手，由表及里，一步步深挖作業系統的本質，
行程是什么？
我在第一篇文章里簡單提到了行程這一概念，這里再詳細講一下，加深理解，
作業系統的設計從根本上來說是為了迎合用戶需求，對個人用戶來說，需求就是在一臺計算機上運行多個應用程式，以滿足生活和作業的需要，但應用程式這么多，不可能讓每一個程式占用一個 CPU 核心啊，因為 CPU 核心是有限的，人的需求是無限的，
所以作業系統就需要將無限（夸張一下）的應用程式，分配到有限的 CPU 上去，
當我們打開一堆程式時，這些程式就會被加載到記憶體上，為了讓這些運行的程式與沒有打開的程式作區分，我們創造了行程（Process）這個名詞，所以，行程就是對運行的程式的一種抽象，具有動態性，行程管理其實就是作業系統通過某種方式，管理我們已經打開的程式，
注：為了簡化后面的討論，我們假設所說的計算機是單核的，
行程的狀態有哪幾種？
講到行程，我們必然需要了解行程狀態，想要了解行程的狀態，我們就得從行程的角度，看一看行程的一生會發生什么，
首先，用戶打開某個應用程式，這個程式就處于新建態（New），這個時候作業系統還沒有為這個程式做好準備作業，這個行程自身還沒有進入記憶體，可能還留在磁盤里，
等到這個行程被加載進記憶體，就代表它已經準備好運行了，但因為 CPU 資源正被別的行程占用，它只能等待作業系統為它分配 CPU，這個狀態稱為就緒態（Ready），
在就緒態一段時間后，總會分配到 CPU 資源，一旦行程開始執行，它就進入了運行態（Running），
有的行程可能會執行某些阻塞操作，就拿 I/O 操作來舉例子，執行操作后，行程需要等待 I/O 操作完成，第一篇文章講過，行程在這段時間內是無法使用 CPU 的，如果讓它繼續占用 CPU，就造成了資源浪費，所以作業系統會剝奪它的 CPU 使用權，并把它放在阻塞態，等到 I/O 操作結束后，再將其放入就緒態，
還有最后一種狀態——退出態，顧名思義，行程終止后，就會進入退出態，這個行程可能還沒有從記憶體中清理出去，等到行程完全退出記憶體，行程的一生就徹底結束了，
綜合以上的討論，我們得到了行程的 5 種狀態：
細心的讀者可能會發現，運行態到阻塞態，以及阻塞態到就緒態之間的箭頭是單向的，為什么？
先來看看運行態和阻塞態，回憶一下，一個行程處于阻塞態代表什么？（希望你看到這確實停下來思考了）
一個行程處于阻塞態，代表行程執行了某個阻塞操作，正在等待操作的結果，也就是說，處于阻塞態的行程沒有使用 CPU 的能力，所以即使給了它 CPU 它也沒辦法運行，自然無法進入執行狀態，所以從阻塞態是無法直接跳到運行態的，
再來說說就緒態和阻塞態，如果一個行程位于就緒態，說明它現在沒有使用 CPU，所以更不可能執行阻塞操作，因此從就緒態也不能直接跳轉到阻塞態，
結合剛剛的解釋，我們來看看一個簡單的行程的排隊模型：
圖中的 ABCDEF 代表了行程
要注意的是，就緒態，運行態和阻塞態提供了一種描述行程行為的系統方法，指導了作業系統的實作，許多實際的作業系統都是按照這樣的三種狀態進行具體構造的，但這不代表就沒有其他狀態的立足之地了，在一些實作中（其實是主流實作，但由于牽扯到虛擬記憶體的概念，所以留到以后講解），還有掛起態等狀態，但不管哪種狀態，他們都是為了作業系統能夠最大化利用計算機資源而抽象出來的，
留幾個小問題做思考：
- 為什么只有從運行態才能轉換到退出態？
- 你能看懂上圖排隊模型嗎？
PCB 是什么東西？
作業系統在管理和控制行程的時候，首先必須知道行程的位置（即行程被加載到哪一塊記憶體了），其次，它還需要知道行程的屬性，如行程 ID，行程狀態等，所以我們就得有一個結構能夠保存這些資訊，
行程控制塊（Process Control Block）就是這么一個結構，行程控制塊會在程式啟動時就被創建出來，
行程控制塊的主要內容及記憶體映像（字丑勿怪）
我們可以看到，PCB 中存盤著行程 ID，暫存器狀態，堆疊指標等重要資訊，這些資訊現在看來非常陌生，但以后隨著你對作業系統理解的加深，你就會理解這些資訊的含義和作用，
圖中還有一個資訊，那就是 PCB 存盤在內核空間——表明只有作業系統有權利更改 PCB 里面的內容，因為 PCB 太重要了，如果其內部資訊被惡意修改，將造成行程意外終止，甚至可能導致作業系統的崩潰，
總結
讓我們來串一下今天的內容：
如果一個程式開始運行，那么作業系統就會為其創建一個行程控制塊，并將其加載到記憶體中，行程控制塊內的「行程狀態」資訊會更改為就緒態，并將行程放入就緒佇列等待分配 CPU，一旦分得 CPU，行程就進入運行態，根據實際情況，還可能因為執行阻塞操作而進入阻塞態，等到程式運行完畢，行程就被作業系統清出記憶體，然后洗掉其行程控制塊，
如果看完上一段，對黑體字的概念還很模糊，那我建議你再慢慢看一遍文章，而且一定要帶上自己的思考，沒有經過思考的閱讀的效率是很低的，
希望你在看完文章之后有所識訓，感謝你的閱讀，我們后會有期！
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標籤：C
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