------ 小dora 操作系统学习笔记 · 进程管理全攻略（深度 + 幽默 + 练习）
"程序只是静静地躺在磁盘里，等着被操作系统安排命运。"
------ 小dora，在理解 fork 机制后的感慨
你打开编辑器、写下几行代码、点击运行，然后它就「跑起来」了？
NO。程序没有自己站起来去 CPU 上「执行」的能力，它得排队、申请资源、初始化状态、等待调度器翻牌，最后才能「苟且偷生」在操作系统的怀抱里。
这背后，就涉及到了我们的主角 ------ 进程（process）。
🧱 一、什么是进程？程序的「活体克隆」
📌 巧记口诀：
程序是死的，进程是活的；代码是静态的，进程是动态的。
程序 ≠ 进程。
- 程序是你写下的源代码 / 编译后的二进制文件。
- 进程是：操作系统将程序加载后，为它分配资源、分配空间、登记户口的运行实例。
📦 一个进程拥有啥？
| 资源 | 说明 |
|---|---|
| 地址空间 | 自己的内存空间，和别人隔离 |
| 打开的文件表 | 每个文件描述符都记录着 |
| CPU 寄存器 | 运行状态的「快照」 |
| 栈、堆 | 局部变量 / 动态数据分区 |
| PCB（进程控制块） | 系统对它的"档案" |
📌 PCB 就像是"进程档案袋"，里面记录了你是谁（PID）、你要啥资源、你跑到哪了、你还活着没......
🧬 二、进程的五大状态：走完这条命运之路
📌 巧记顺口溜：
"出生即创建，就绪在排队；抢到 CPU 跑，遇阻停一会；干完活就死。"
| 状态 | 说明 | 类比 |
|---|---|---|
| 创建（New） | 系统正准备创建进程 | 刚入职还没分配工位 |
| 就绪（Ready） | 等待 CPU 的进程 | 排队等打卡 |
| 运行（Running） | 正在 CPU 上跑 | 正上班敲代码 |
| 阻塞（Blocked） | 卡在 I/O、网络等待 | 等接口返回，不然动不了 |
| 终止（Exit） | 程序执行完 / 异常结束 | 离职了，资源回收了 |
🧠 三、什么叫"调度"？不是你想跑就能跑！
你以为你代码写完了系统就自动执行了？
错。你只是加入了调度器排队系统。操作系统会看：
- 谁先来？
- 谁跑得快？
- 谁等级高？
- 谁已经等很久？
这套调度的算法就决定了你「能不能被翻牌」。
🔁 调度算法合集（附记忆技巧）：
📌 巧记口诀：
"FCFS 谁先来谁先跑，SJF 快的先上道；RR 转盘分时间，Priority 大佬先干掉。"
| 调度算法 | 特点 | 类比 |
|---|---|---|
| FCFS | First Come First Serve | 谁排队早谁先上 |
| SJF | Shortest Job First | 小任务优先处理 |
| RR | Round Robin | 每人来一口轮流吃 |
| 优先级调度 | Priority Scheduling | 级别高先干活 |
| 多级反馈队列 | 动态调整优先级 | 排队久了会被优先考虑 |
🧠 高级调度器看重的是「整体性能」与「响应性」，不是盲目排队。
🧠 四、上下文切换：让进程"换人"真没你想的那么轻松
每次操作系统决定「下一个人上 CPU」的时候，要做一次：
- 保存当前进程：它的寄存器、PC 指针、栈位置等等
- 切入下一个进程：恢复它的寄存器、状态等
- 更新调度器状态
📌 巧记口诀：
"你说换人我就换？得备份现场还得换衣服。"
上下文切换会导致：
- CPU 缓存失效
- TLB（Translation Lookaside Buffer）清空
- 调度延迟
所以系统不能乱切 ------ 切换是贵的！
👨👩👧 五、进程的「fork」：Linux 的忍术·影分身之术
在 Linux 下，创建新进程最常见的方式是 fork()：
- 它会复制当前进程（几乎一模一样）
- 复制的是：内存空间、打开的文件、堆栈......
- 父子进程几乎没区别，只是 PID 不一样
📌 重点来了：并没有真的复制内存内容！
是用了**写时复制（Copy-on-Write）**机制 ------ 你要写的时候，才真正复制！
📌 巧记口诀：
"fork 复制不花钱，写东西才算真。"
👬 六、线程和进程的区别：别再傻傻分不清楚！
📌 巧联想口诀：
"进程像公司，线程是员工；员工共享茶水间，但不能访问别的公司。"
| 对比 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 拥有资源 | 独立资源空间 | 与进程内线程共享资源 |
| 是否隔离 | 严格隔离 | 不隔离，易出事 |
| 通信方式 | IPC 较重 | 内存共享就能通信 |
| 调度开销 | 较大 | 更轻量 |
所以现代系统大量使用线程（比如浏览器的多标签页），但线程之间容易"踩脚"，所以要用锁、信号量、条件变量来管。
🔧 七、进程通信（IPC）：多个进程怎么"说悄悄话"？
| 通信方式 | 特点 | 记忆联想 |
|---|---|---|
| 管道（pipe） | 父子进程专用 | 你说我听，单向传声筒 |
| FIFO（命名管道） | 无血缘也能通信 | 留言板 |
| 消息队列 | 有序传输消息 | 快递站 |
| 信号量 | 控制同步/数量 | 门禁闸机 |
| 共享内存 | 高效共享，但需同步 | 公共白板，需打架预防机制 |
| 套接字（socket） | 网络通信/本地也可用 | 发微信、打电话 |
📌 巧记口诀：
"亲子用 pipe，陌生用 FIFO；写多同步靠锁头，远程发话用 socket。"
🧪 练习时间 · 快来试试你是不是掌握了进程的精髓？
🧩 Q1：下列哪项不是进程的状态？
A. 就绪（Ready）
B. 运行（Running）
C. 编译（Compiling）
D. 阻塞（Blocked）
✅ 正确答案：C
💡 编译是程序阶段，不是进程生命周期状态。
🧩 Q2：下列哪项说法正确描述了 fork 行为？
A. fork 会立刻复制所有内存
B. fork 后父子共享 PID
C. fork 是基于 Copy-on-Write 的优化策略
D. fork 只能用来创建线程
✅ 正确答案：C
🧩 Q3：多线程比多进程性能好，是因为？
A. 线程不会调度
B. 线程不需要栈
C. 线程间资源隔离好
D. 线程切换成本低，资源共享性强
✅ 正确答案：D
🧩 Q4：进程调度中时间片轮转（RR）策略的主要优点是？
A. 最快完成任务
B. 公平性高，响应快
C. 优先级最高的先跑
D. 适用于只有一个进程的场景
✅ 正确答案：B
🧠 总结 · 进程的管理，其实是操作系统最核心的"社会调度学"
你写代码只是"请求服务"，操作系统才是「谁能干、谁先干、谁等着、谁被踢出局」的大管家。
📌 一句话记住今天的重点：
"写代码只是把程序写好，而操作系统要负责让它'活起来'，'跑起来'，还能'相处好'。"