Program (程式)

Program 意旨軟體工程師在 IDE、editor 等所寫的程式碼(code)，也就是說還尚未 load 入記憶體的 code，我們稱之為 Program。
• 相同 Program 所建立的 Process 可以多個同時存在。

Process (行程，亦可稱作處理程序、進程)

Process 是正在執行中的 Program 實例，點開應用程式就是讓 OS 從硬碟中載入到 Memory 中，分配必要的系統資源，建立一個 Process 來執行它。

以下條列幾點 Process 的觀念

  • Process 是電腦中已執行 Program 的 Instance。
  • 每一個 Process 是互相獨立的。
  • Process 本身不是基本執行單位，而是 Thread 的資源管理和執行環境。
  • Process 需要一些資源才能完成工作，如 CPU、記憶體、檔案以及 I/O 裝置。
  • 在多功作業系統(Multitasking Operating System)中，可以同時執行數個 Process ，然而一個 CPU 一次只能執行一個 Process，而 Process 的運行量總量不會少於 CPU 的總量，又Process 會佔用記憶體，因此如何排程(Scheduling，恐龍本第五章) 、如何有效管理記憶體(恐龍本第八章)則是 OS 所關注的事。

Process 本身包含的部分有 Text Section、PC(program counter)、暫存器內容、Stack、Data Section 以及 Heap

其中：
text section：存放程式碼本身
Stack：

  • 暫存資料
  • Function Parameters、return addresses、local variable
    Data Section：存放 global variable
    Heap：Process 進行過程所 dynamically allocated 的 memory space
    Process

Thread (執行緒、線程 )

前面有提到 Process 是 Thread 的資源管理和執行環境，在同一個 Process 中會有很多個 Thread ，每一個 Thread 負責某一項功能。以聊天室 Process 為例，可以同時接受對方傳來的訊息以及發送自己的訊息給對方，就是同個 Process 中不同 Thread 的功勞。連結 Process 的想像，Thread 就是工廠內的工人，確保工廠的每項功能，並且共享工廠內的每一項資源。

以下條列幾點 Thread 的觀念

  • 同一個 Process 會同時存在多個 Thread。
  • 同一個 Process 底下的 Thread 共享資源，如 記憶體、變數等，不同的 Process 則否。
  • 在多執行緒中(Multithreading)，兩個執行緒若同時存取或改變全域變數(Global Variable)，則可能發生同步(Synchronization，恐龍本第六章)問題。若執行緒之間互搶資源，則可能產生死結(Deadlock，恐龍本第七章)，同樣的，如何避免或預防上述兩種情況的發生，依然是 OS 所關注並改善的。

Thread 的使用上，作業系統（OS）會根據 Thread 的優先權及已使用的 CPU 時間，在不同 Thread 間進行切換，確保各 Thread 都有執行機會。

父 Process 可新增多個子 Process，形成樹狀結構。系統透過 process identifier（pid）來辨識與管理 Process。

父、子 Process 間的資源分配方式有三種：

  1. 父、子 Process 間共享資源。
  2. 子 Process 共享父 Process 的部分資源。
  3. 父、子 Process 間不共享資源。

行程控制區塊(Process Control Block,PCB)

PCB裡內含 Process 的基本資料，以及連結著每一個 Process，所以也稱作為「任務控制區塊(task control block)」。

  1. 行程狀態(Process state)：running、waiting等。
  2. 行程計數器(Process counter)：表示下個指令位置在哪裡。
  3. CPU暫存器(CPU registers)：當行程被插斷後，儲存在CPU暫存器的內容。
  4. CPU排程(CPU scheduling)：選擇優先順序的行程。
  5. 記憶體(Memory)：管理分配給行程的記憶體資料、打開了那些檔案。
  6. 紀錄(Accounting)：紀錄CPU使用狀態、時間等。
  7. I/O狀態敘述(I/O status information)：打開文件列表，將I/O裝置分配給行程。

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