• 多进程图像定义
• 多进程图像存在于计算机使用始终
• 多进程图像
• 多进程的组织：PCB+状态+队列
  • 进程的五状态模型
  • 多进程图像的灵魂：进程交替
• 多进程之间相互影响
• 多进程之间的合作

多进程图像定义

• 启动了的程序就是进程，一次可以启动多个程序，即多个进程交替推进
• 每启动一个进程，操作系统就会用一个专门的结构体PCB来实时记录这个进程，并按照合理的顺序推进进程（分配资源、进行调度）
• 以上即多进程图像

多进程图像存在于计算机使用始终

• 计算机启动过程中，最后是执行main.c函数进行一系列的初始化，并最后有一条指令if(!fork()){init();}创建了第一个进程（某种意义上是第二个，main.c是第一个吧），即启动了shell，shell本身也是个进程。在windows中是启动桌面。当然现在很多的linux系统也是有桌面的。
• 通过shell进程再启动其他进程
  
• 计算机使用过程中，shell是始终存在的，因此多进程图像始终存在。

多进程图像

• 首先每个进程在内存中的实体就是PCB，Process Control Block，进程控制块，这是一个C语言结构体
• 一个进程正在执行时，其对应的PCB实时记录该进程的有关信息
  
• 内存中特定位置存放着一个就绪队列，队列中的的元素是各个进程的PCB结构体，CPU按照就绪队列中PCB对应的位置来执行相应进程
  
• 在内存特定位置还有等待队列，这些队列中的PCB对应进程因为还在等待某个硬件设备而没法执行，等获得该设备之后会进入到就绪队列中，等待磁盘的就是磁盘等待队列，等待打印机应该有打印机等待队列，等待队列有很多个
  

多进程的组织：PCB+状态+队列

进程的五状态模型

多进程图像的灵魂：进程交替

• 以磁盘读写为例子
  
  1. pCur即当前执行进程的PCB，当其启动磁盘读写时，将PCB放到DiskWaitQueue，即磁盘等待队列，此时进程pCur进入阻塞态
  2. 执行schedule()函数，执行进程切换
  3. schedule()函数首先从就绪队列ReadyQueue中进行取出下一个需要执行的进程，这一过程（getNext）即进程调度
  4. schedule()中先保存当前进程的的相关状态信息，然后开始执行新的进程
• 进程交替三个部分：队列操作+进程调度+切换
  • 进程调度内容很多，经典方法比如FIFO和优先级队列等。
  • 进程切换主要内容两部分，一是保存当前cpu的状态，二是切换下一个进程。这一块需要用汇编实现，因为涉及到各个寄存器的精确控制，C语言无法实现精确控制。

多进程之间相互影响

• 为了实现多进程图像，很多个进程的PCB必须都放到内存中，因为只有在内存中才能实现取指执行，但是如果都在内存中的话，当前进程的代码可能会访问其他进程的代码或数据所在的段，那么就可能破坏其他进程，为了解决这个问题，就需要多进程的地址空间分离，这是内存管理的主要内容。
• 通过映射表实现进程隔离
  
  • 主要思想是每个进程都有自己的映射表，当进程1和进程2同时访问地址100时，实际上通过各自的映射表映射到的物理地址是不同的，这样就不会相互影响。

多进程之间的合作

• 典型问题如生产者-消费者问题，生产者进程往一块内存空间中扔数据，消费者进程从中取数据
  
  • 之所以需要进程合作，是因为cpu的时间片轮转是不确定的，即可能生产者的程序还没执行完就进行了进程调度，切换到了消费者进程，然后导致各种混乱。
  • 解决方式是使用锁，生产者进程对共享资源上锁，直到程序执行完再解锁，如果在生产者程序执行完之前就切换到了消费者进程，由于锁的存在，消费者进程是没法取数据的，必须等待生产者进程先执行完。
• 为什么需要多进程之间的合作呢？本质原因是因为cpu对于多进程是无序推进的，而由于某些合作进程必须是有序的，因此要采取上锁等措施使得多进程之间有序推进。