进程基础：概念、状态与生命周期

进程与线程的概念

（一）进程

定义

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，是程序在一个数据集上的一次运行活动。例如，启动一个文档编辑软件（如 Microsoft Word）来编辑文档，就创建了一个进程，它会占用 CPU 时间、内存空间等资源来执行文档编辑程序的指令。

组成要素

程序段：包含进程运行所需的指令和数据，定义了进程要执行的操作。比如音频播放软件进程的程序段包含音频解码、播放控制等指令和音频数据。

数据段：是进程运行时使用的数据集合，如输入数据、中间计算结果等。以计算器进程为例，数据段存储用户输入的数字、运算符及计算过程中的中间数值。

进程控制块（PCB）：是进程存在的唯一标志，记录操作系统对进程进行控制和管理所需的信息，如进程状态、程序计数器（记录下一条要执行指令的地址）、内存管理信息（进程所占用的内存区域等）、I/O 状态信息（进程正在等待的 I/O 设备等）等，操作系统通过 PCB 感知进程的存在并进行调度和管理。

（二）线程

定义

线程是进程中的一个实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，比进程更小，能独立运行。一个进程可包含多个线程。例如，网页浏览器进程中，有下载网页内容、渲染网页界面、处理用户交互操作（点击链接等）等多个线程。

特点

轻量级：创建和切换线程的开销比进程小，因为它不拥有系统资源，只拥有一点运行中必不可少的资源，可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源，如多个线程共享进程的内存空间，无需像进程切换那样进行复杂内存映射等操作。

并发性：线程是并发执行的，多个线程可在进程中同时运行，共享进程的代码段、数据段等资源，但各线程有自己程序计数器、寄存器等运行时上下文信息。这使多线程程序能高效利用多核 CPU 计算能力，提高程序执行效率，如视频编辑软件中，视频渲染线程和音频处理线程可同时进行，缩短视频编辑总时间。

进程状态与生命周期

（一）进程状态

就绪状态（Ready）

进程已准备好运行，但因 CPU 资源有限而暂时不能运行，被放入就绪队列等待 CPU 调度。例如，多任务操作系统中多个进程同时请求 CPU 资源，但 CPU 只能在一个时间点上运行一个进程，其他进程就处于就绪状态，操作系统按一定调度算法（先来先服务、短作业优先等）从就绪队列中选择进程分配 CPU 资源。

运行状态（Running）

进程获得 CPU 资源后处于运行状态。单核 CPU 系统中只有一个进程处于运行状态；多核 CPU 系统中可有多个进程同时处于运行状态。如视频播放进程获得 CPU 资源后，开始执行视频解码、播放等操作，此时处于运行状态。

阻塞状态（Blocked）

进程因等待某种事件（等待 I/O 操作完成、等待其他进程发送信号等）而暂时不能运行，被放入阻塞队列。例如，文件下载进程等待网络数据包接收时处于阻塞状态，事件发生后，进程从阻塞状态转变为就绪状态。

（二）进程生命周期

创建阶段

用户请求运行程序或操作系统需启动系统进程时，进程创建开始。操作系统为新进程分配唯一进程标识符（PID）和必要资源，如内存空间，创建进程控制块（PCB），记录进程初始状态（通常为就绪状态）等信息。例如，用户双击图片查看软件图标时，操作系统创建新进程运行软件，分配内存存储图片数据和程序代码，设置好 PCB。

就绪阶段

进程创建完成后，进入就绪队列等待 CPU 调度。此时进程具备运行条件，因 CPU 资源被占用而不能立即运行，操作系统按调度算法管理就绪队列中的进程，决定何时分配 CPU 给进程。

运行阶段

1. 进程被调度程序选中，获得 CPU 资源后进入运行状态，开始执行程序指令，进行数据处理等操作。运行过程中，进程可能因时间片用完、等待 I/O 操作等原因暂停运行。例如，数据库查询进程在运行中，若查询操作需等待磁盘 I/O 操作完成，会暂停运行进入阻塞状态。

阻塞阶段

进程运行中遇需等待事件，进入阻塞状态。操作系统将进程从运行队列移出，放入阻塞队列。事件发生后，进程从阻塞队列移回就绪队列，变为就绪状态。例如，音频播放进程播放时，若音频文件后续数据未从磁盘读取到内存，会进入阻塞状态等待数据读取完成。

终止阶段

进程运行完成后或因错误等原因需终止时，进入终止阶段。操作系统回收进程占用资源，如内存空间、文件句柄等，撤销进程控制块（PCB），进程生命周期结束。例如，用户关闭运行中的文本编辑软件窗口时，该软件进程进入终止阶段，操作系统清理相关资源，结束进程。