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看Roadmap學backend overview系列 第 10

行程(Process)、執行緒(thread)傻傻分不清楚(上)-行程管理

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前言

行程是CPU分配資源的最小單位,以後還會聊到,甚至就連docker的container在run的時候就是一個process,很有趣吧,就來稍微認識一下~

定義

一個較好記憶的說法會將行程解釋成運行中的應用程式(Application),但有個比較貼切的說法是: 行程是一個正在運行中的應用程式實例。

實例隱含的意思是,由一個應用程式而建立的行程可以有多個,且雖然他們皆由同一個應用程式而來,他們可以具備不同狀態。

行程架構

引用自 https://www.guru99.com/process-management-pcb.html

此圖大致代表Process在記憶體裡的結構,

  • Stack: 暫時性資料,例如Function Parameters、Local variables
  • Heap: 執行程式碼所需要的動態工作區
  • Data: 儲存全域變數等
  • Text: 程式碼所在

行程生命週期

引用自 https://medium.com/@akhandmishra/operating-system-process-and-process-management-108d83e8ce60

共有五種狀態

狀態 說明
new創建 初始狀態,分配及建立PCB以及其他資源,在完成上述工作後進入ready
ready就緒 在隊列按照CPU Scheduling的演算法等待搶奪CPU以完成工作
running工作 一旦搶奪到CPU,此狀態會被設置為工作中,並執行應用程式中的指令。在與ready狀態切換時,會作Context Switch
waiting等待 如果因為事件或是IO速度的差異導致等待,就會停在此
terminated終止 完成執行、被迫結束(比如在硬性即時系統)或者遇到錯誤時就會進入此狀態

Process Control Block, PCB

記錄行程相關狀態資訊的資料區,每個行程都有自己的一個,並在Process創建時被建立。
其內容包含:

項目 內容
行程狀態process state 流程生命週期的狀態
程式計數器process counter 紀錄下一個要執行的指令的位址
CPU暫存器保存區 不在running state時,CPU暫存器內容會被保存在此
排班資訊 例如行程優先等級(priority)等排班時所需要的參數
記憶體資訊 其內容根據記憶體系統的種類而定
帳號資訊Accounting Information process所屬的使用者帳號(user id)、行程代號(process identification)、時間限制、已經使用掉的處理機時間、進入系統之實際時間
IO狀態資訊 如所配置之輸出入裝置串列、開啟(Opened)之檔案串列等資訊

大部分資訊由參考資料2來的,並統整了其他資料的內容,所以更詳細可以看參考資料2。

Process Create

在OS內,Process可以建立child process,因此所有的排程可以組成一個樹狀結構。

如果你手邊有linux系統的話,可以使用 pstree -aup 看到在你的電腦裡的process的樹狀圖。

如上圖,甚至可以知道我是在zsh之下執行的這個指令XD

大部分的OS會支援兩種Process Create的方式

  • Fork: 複製父行程的PCB到子PCB
  • Exec: 替換子行程的資料,初始化新的PCB資料

所以建立新的Process就是兩者混用,先Fork一個子行程後,再Exec初始化子行程。

文章同步發布於部落格,歡迎來逛逛喔~

參考資料

Operating System: Process and Process Management
PCB
程序(process)概念--上
Process Creation
Process


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