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我是一个进程

程序猿 · 公众号 · 程序员 · 2016-09-13 20:35

正文

来自：码农翻身（微信号：coderising）

作者：刘欣

我听说我的祖先们生活在专用计算机里，一生只帮助人类做一件事情，比说微积分运算了、人口统计了、生成密码、甚至通过织布机印花！

如果你想在这些专用“计算机”上干点别的事儿，例如安装个游戏玩玩，那是绝对不可能的，除非你把它拆掉，然后建一个全新的机器。而我这些祖先们勉强可以称为“程序”。

后来有个叫冯诺依曼的人，非常了不起，他提出了“存储程序”的思想，并且把计算机分为五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

各种各样不同功能的程序写好以后，和程序使用的数据一起存放在计算机的存储器中，即“存储程序”；然后，计算机按照存储的程序逐条取出指令加以分析，并执行指令所规定的操作。

这样一来，原来的专用计算机变成了通用的计算机，不管你是计算导弹弹道的，模拟核爆炸的，还是计算个人所得税的，统统都可以在一台机器上运行，我就是其中的一员：专门计算员工的薪水。

进程的诞生

我所在的计算机是个批处理系统，每次上机时，我和其他程序都排好队，一个接一个的进入内存运行。

每个月末是发薪日，我都要运行一次，这样我每月都能见一次CPU阿甘，这个沉默寡言，但是跑的非常快的家伙。

我知道内存看阿甘不顺眼，还告了它一状，说他一遇到IO操作的时候，就歇着喝茶，从来不管不问内存和硬盘的忙的要死的惨境。

（注：参见《CPU阿甘》回复 0005 阅读文章和《 CPU阿甘之烦恼》）

其实我倒是觉得挺好，这时候正好和阿甘海阔天空的聊天，他阅程序无数，知道很多内部消息，每一个字节都清清楚楚，和他聊天实在是爽。

又到了月末发薪水的时候，我刚一进入内存，便看到这么一个公告：

公告

为了创建和谐社会，促进效率和公平，充分发挥每一个人的能力，经系统党委慎重研究决定：本系统自即日起，正式从“批处理系统”转为“多道程序系统”，希望各部门通力配合，一起完成切换工作。

系统党委

xxxx年xx月xx日

我正想着啥是多道程序系统，阿甘便打电话给内存要我的指令开始运行了。

和之前一样，运行到了第13869123行，这是个IO指令，我欢天喜地的准备和阿甘开聊了。

阿甘说：哥们，准备保存现场吧，我要切换到另外一个程序来运行啦！

“啊？我这正运行着呢！咱们不喝茶了？

“喝啥茶啊，马上另外一个程序就来了!”

" 那我什么时候回来再见你？” 我问道。

“等这个IO指令完成，然后操作系统老大会再给你机会运行的。”

“那谁来记住我当前正在运行第13869123行？还有刚把两个数据从内存装载到了你的寄存器，就是那个EAX, EBX , 你一切换岂不都丢了？ ” 我有点着急。

阿甘说：“所以要暂时保存起来啊，不仅仅是这些，还有你的那些函数在调用过程中形成的栈帧和栈顶，我这里用寄存器EBP和ESP维护着，都得保存起来。”

“还有” 阿甘接着说，“你打开的文件句柄，你的程序段和数据段的地址，你已经使用CPU的时间，等待CPU的时间。。。。。。以及其他好多好多的东西，统统都要保存下来。”

我瞪大了眼睛： “这也太麻烦了吧，原来我只需要关心我的指令和数据，现在还得整这么多稀奇古怪的东西”

“没办法，这就叫做上下文切换，把你的工作现场保存好，这样下一次运行的时候才能恢复啊。对了，老大给你们统一起了一个新的名称：进程 ! 刚才那些需要保存的东西叫做叫做 进程控制块 (Processing Control Block， PCB )，”

我想了想，这个名字还挺贴切的，一个真正进行的程序！只是这个正在进行的程序随时可以被打断啊。

我只好保存好上下文，撤出CPU, 回到内存里歇着去了，与此同时另外一个程序开始占据CPU运行。

其实我这个程序，奥，不对，我这个进程被放到一个阻塞队列里，等到IO的数据来了以后，又被赶到了就绪队列中，最后才有机会再次运行，再次见到CPU阿甘。

（进程的就绪, 阻塞，运行这三个状态的转换和《我是一个线程》中描述的非常类似）

阿甘从我的PCB中取出各种保存的信息，恢复了运行时现场，可是忙活了好一阵，没办法，这就是程序切换必须要付出的代价。

我有点同情阿甘了，从此以后，他很难再悠闲和和我们海阔天空，每时每刻都处于高速的奔跑中。

得益于阿甘的高速度，虽然在同一时刻只有一个程序在运行，但是有很多程序在短时间内不断的切换，在外界看来，似乎多个程序在同时执行。

尤其是那些速度超慢的人类，他们开着电脑一边听歌，一边上网，一边QQ, 很是自在，理所当然的认为这些程序就是同时在运行。岂不知阿甘是让音乐播放器上运行几十毫秒，然后打断，让浏览器进程运行几十毫秒，再打断，让QQ也运行几十毫秒，如此循环往复。

唉，阿甘真是能者多劳啊，这个计算机系统也算是达到了我们党委的目标：兼顾了效率和公平。

线程

有了进程就万事大吉了吗？人类的欲望是无止境的，很快就出现了新情况，举个例子来说吧，我有一个兄弟，是个文字处理软件，他和我不一样，他有界面，人类在用的时候能看到，这实在是很幸福，不像我总是在背后默默工作，几乎无人知晓。

这哥们有个智能的小功能，就是在人类编辑文档的时候能自动保存，防止辛辛苦苦敲的文字由于断电什么的丢掉。

可是这个功能导致了人类的抱怨，原因很简单，自动保存文字是和IO打交道，那硬盘有多慢你也知道，这个时候整个进程就被挂起了，给人类的感觉就是：程序死了，键盘和鼠标不响应了！无法继续输入文字，但是过一会儿就好了。

并且这种假死一会儿就会出现一次（每当自动保存的时候），让人不胜其烦。

我是一个进程

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