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进程基本概念
2026 大纲 二（一）1 进程与线程的基本概念。
一个 CPU，很多程序，得先有个东西来指代"跑着的那一个"
操作系统概述那一章立了个总链：一台机器要服侍很多程序。 内存那边靠"同时装进去"解决，CPU 这边只能靠轮流——一毫秒给你、下一毫秒给他。
可"轮流"这两个字一落地就出问题：切走的时候，得把什么东西存起来？ 切回来的时候，怎么恢复到刚才那一刻？
要回答这两个问题，就必须先有一个东西来指代"正在跑的那一份"。 它不能是程序本身——程序是躺在磁盘上的一段代码，静态的、可以被同时跑好几份； 需要的是"这一次执行"这个动态对象，它有自己的当前指令位置、自己的寄存器值、 自己的一片内存。这个对象就是进程。
再往下推一层就得到了本章的骨架。并发意味着一个程序执行时可能被打断、 被别的程序插进来改掉共享的东西，于是它失去了封闭性；失去封闭性就 失去了可再现性（同样的输入可能算出不同结果）。要把这条底线守回来， OS 必须能描述每次执行的状态、能控制它——于是有了 PCB。
整章就是被这条链推着走的：
一个 CPU 要被很多程序用 ⇒ 得有"运行中的程序"这个对象（进程，以及后来把 "资源拥有者"和"调度对象"拆开得到的线程）⇒ 得有切换它的机制和"下一个选谁"的规则 （上下文切换与调度）⇒ 可它们一旦能交替执行，就会在共享的东西上互相踩 （同步与互斥）⇒ 而互相等着对方手里的东西，就会谁也动不了（死锁）。
每一步都是上一步带出来的新问题。 这一节先把最底下那个对象讲清楚—— 进程是什么、PCB 里装什么、以及为什么后来还要再拆出线程。
一、进程是被并发逼出来的
这条链要一步步走：
- 单道程序时代内存里只有一个程序，独占全部资源从头跑到尾，执行具有封闭性（结果只由自身决定）与可再现性（同样输入必得同样输出）。
- 多道程序后，任一程序运行时的环境都会被别的程序改动，封闭性丢失。
- 封闭性一丢，可再现性也跟着丢。程序 A 反复做
N = N + 1，程序 B 反复做"打印 N，然后置 N = 0"；同一个初始值， N = N + 1插在 B 的两条语句之前、之间、之后，得到三组完全不同的结果。 - 于是必须承认："程序"这个静态概念已不足以描述正在发生的事情。同一份代码跑两次是两回事；跑到一半被打断，恢复时得知道从哪继续。
- 要能描述、能控制，就得给每一次执行配一个数据结构，记录它是谁、跑到哪了、占了什么——这就是 PCB。
- 程序段 + 数据段 + PCB 合起来，才是能独立参与并发的实体，即进程实体（进程映像）。
二、进程映像的三块分处两个空间
三、PCB 的四类信息，是从"OS 要拿它干四件事"推出来的
| OS 要做的事 | 因此 PCB 里必须有 | 具体内容 |
|---|---|---|
| ① 在成百上千个进程里认出它，还要知道谁是它爹 | 进程标识符信息 | 内部标识符（数字型进程号）、外部标识符（用户可读的名字）、父进程标识、子进程标识、用户标识 |
| ② 让它能停下再接着跑（间断性运行） | 处理机状态信息（即上下文） | 通用寄存器、指令计数器 PC、程序状态字 PSW、用户栈指针 |
| ③ 决定下一个轮到谁上 CPU | 进程调度信息 | 进程状态、优先级、已等待时间、已执行时间、阻塞原因（所等事件） |
| ④ 找到它的程序、数据和资源，并让它能与别人同步通信 | 进程控制信息 | 程序和数据的内存/外存首址、同步与通信机制（信号量、消息队列指针）、资源清单、链接指针 |
认出它、恢复它、调度它、管理它的资源——操作系统对进程再没有第五种动作。上下文切换的细节见 上下文切换机制。
孙钟秀《操作系统教程》的两处口径差异，与判断题里怎么答（两本书对不上时展开）
进程映像的划分：汤小丹《计算机操作系统》讲的是 PCB + 程序段 + 数据段三块。孙钟秀把进程映像拆成 PCB + 进程数据块 + 进程核心栈（程序块另计），多出来的核心栈是每个进程在内核态工作时用的栈，用于保存中断/异常现场与内核函数调用的参数、局部变量、返回地址。
两个口径不矛盾：核心栈本来就是进程私有的、位于内核空间的一块，汤书把它并进了"进程实体"未单列。判断题里出现"进程在内核态执行时使用的栈属于该进程"时，按孙书口径是明确成立的。
PCB 信息的分类：孙书分为标识信息、现场信息、控制信息三类——差别只在于它把上表的③④合并进了"控制信息"。两种分法的字段集合是一样的，四类分法只是把"给调度程序看的"单独摘了出来。
四、四个特征是一条链，不是并列的四个词条
| 序 | 特征 | 从哪一步推出来 | 与程序的对比 |
|---|---|---|---|
| 1 | 动态性 | 进程的实质是进程实体的执行过程——由创建而产生、由调度而执行、由撤销而消亡，有生命期 | 程序只是一组有序指令的集合，存放在介质上，是静态的 |
| 2 | 并发性 | 既然是"执行过程"，多个进程实体就可以同存于内存、在一段时间内同时运行 | 没建立 PCB 的程序不能参与并发执行 |
| 3 | 独立性 | 要能并发，每个进程实体就必须能独立运行、独立获得资源、独立接受调度 | 未建立 PCB 的程序不能作为独立单位参与运行 |
| 4 | 异步性 | 各进程独立推进，速度不可预知——这正是并发执行会丢失可再现性的根源 | — |
后三条都能从动态性推出来（有生命期 ⇒ 可以有多个同时存在 ⇒ 各自要独立 ⇒ 各自速度不可控），反过来推不回去。
五、进程与程序的关系
| 比较维度 | 进程 | 程序 |
|---|---|---|
| 状态 | 动态，有生命周期 | 静态，永久存储 |
| 存在标志 | PCB | 磁盘上的可执行文件 |
| 资源 | 拥有资源（内存、文件等） | 不涉及资源分配 |
| 并发 | 可以并发执行 | 本身不能并发 |
| 创建/撤销 | 可以被创建和撤销 | 无此概念 |
| 数量关系 | 一个程序可对应多个进程 | 一个进程也可包含多个程序 |
"一个进程包含多个程序"的来源：除主程序外，运行时装入的动态链接库也是独立的程序，被映射进同一地址空间供本进程调用（见 程序的链接与装入）；一个进程也可以先后调用不同的程序完成不同阶段的工作。
六、线程的基本概念
拆开进程的两个身份：进程继续做资源分配的基本单位（地址空间、打开的文件、I/O 设备仍归它），线程接过 CPU 调度的基本单位（只是进程内的一条执行流）。于是同一进程内可有多条执行流共用一套资源，创建与切换只需处理执行流本身。
私有还是共享，判据只有一条：切换执行流时必须换掉的 ⇒ 线程私有；不必换的 ⇒ 进程内共享。按这条一推即得：
| 内容 | 为什么归这边 | |
|---|---|---|
| 线程私有 | 线程 ID、程序计数器 PC、寄存器集合、栈（用户栈 + 内核栈）、线程控制块 TCB | 换一条执行流就得换一套"跑到哪了"的现场；栈里存的是本条执行流的函数调用链和局部变量，不可能共用 |
| 进程内共享 | 代码段、全局/静态数据区、堆、打开的文件、信号处理方式、地址空间与页表 | 换执行流不需要换地址空间——这正是线程切换比进程切换便宜的根本原因 |
堆和栈落在两边，是最容易搞反的一处：堆是进程级的共享资源（一个线程 malloc 出来的地址，另一个线程可以直接访问），栈是线程私有的（每条执行流的调用链必须各走各的）。
| 比较维度 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 是什么 | 资源分配的基本单位 | CPU 调度的基本单位 |
| 拥有的资源 | 地址空间、文件、设备等全套 | 只有 TCB、PC、寄存器、栈这点"必不可少的" |
| 创建/撤销开销 | 大：要分配和回收全套资源 | 小：只建一个 TCB 加一小块栈空间 |
| 切换开销 | 大：要换地址空间 | 小：地址空间不变 |
| 通信方式 | 需要 进程间通信 机制 | 直接读写共享的全局变量与堆 |
| 独立性 | 强：地址空间互不可见 | 弱：一个线程的栈都能被同进程其他线程读写 |
| 出错影响 | 一个进程崩溃不影响别的进程 | 一个线程越界写坏共享数据，全进程受害 |
线程在其余三条上的落点：状态与转换（含"线程阻塞会不会拖垮进程"）见 进程状态与转换；TCB 的内容与线程的创建、终止见 进程的组织与控制；内核级与用户级两种实现方式见 线程。
考点速记
- 进程是被并发逼出来的：并发 ⇒ 失去封闭性 ⇒ 失去可再现性 ⇒ 必须给每次执行配一个可描述、可控制的结构，即 PCB。程序段 + 数据段 + PCB 构成进程实体。
- 创建/撤销进程实质就是创建/撤销 PCB，PCB 是进程存在的唯一标志。⚠️ 但"唯一标志"不等于"PCB 就是进程"。
- PCB 的四类信息对应 OS 要做的四件事：进程标识（认出它）、处理机状态（切走再切回）、进程调度（决定给不给 CPU）、进程控制与资源（管它的家当）。⚠️只有处理机状态信息（上下文）是切换时必须保存恢复的。
- PCB 位于内核空间，进程自己改不了——这是内存保护的前提。
- ⚠️不管系统是否支持线程，进程都是资源分配的基本单位。 引入线程后被分走的是调度这个身份，资源分配的身份始终留在进程这一侧。
- 线程是把"资源拥有者"与"调度对象"两个身份拆开的产物：进程仍是资源分配单位，线程成为调度（CPU 分配）单位。
- 私有 / 共享的唯一判据是"切换执行流时要不要换掉它"：栈私有（每条执行流有自己的调用链）、寄存器与 PC 私有；堆、数据段、代码段、打开的文件共享（它们属于进程这个资源容器）。
- ⚠️同一进程内各线程共享同一个地址空间，不是"各自不同的地址空间"。
- ⚠️父子进程不共享虚拟地址空间：
fork之后子进程得到的是父进程地址空间的副本（现代系统用写时复制实现），两者各有各的 PCB、可以并发执行、也仍然要为临界资源互斥。
这一节在真题里被考过的形式：
process-thread-concepts 这个标签下挂了 19 道题，横跨进程创建与终止、线程共享、 进程状态、死锁、调度时机、内存布局——本页下方练习区渲染的题远比本节内容宽，属正常。 真正落在本节的有三道，都在考"进程 / 线程 / 父子进程各自拥有什么"这一组边界：
- 判断进程与线程的四条叙述（2012-31）。答不管系统是否支持线程，进程都是资源分配的基本单位。⚠️ 另三项各错一处："线程是资源分配单位、进程是调度单位"把两个身份对调了（速记第五、六条）；"系统级线程和用户级线程的切换都需要内核支持"错——用户级线程的切换在用户态完成，内核根本不知道（详见线程）；"同一进程中各线程拥有各自不同的地址空间"错——它们共享同一个地址空间（速记第八条）。
- 判断父进程与子进程的四条叙述，选错误的（2020-29）。错项是"父进程与子进程共享虚拟地址空间"。⚠️ 子进程拿到的是副本不是共享——这正是它与"线程"的分界：线程共享地址空间，子进程复制地址空间。另三条都对：可以并发执行、有不同的 PCB、不能同时使用同一临界资源。
- 给虚拟地址空间布局图与一段 C 程序，问各对象位于哪个区域（2025-46，大题）。PCB 在操作系统内核区是本节的结论；其余分问（
main在代码段、全局指针在数据段、局部变量在栈、malloc的空间在堆）在运行时内存映像与地址空间详述。
复习优先级：必须拿满，且判据只有两组。 一组是"资源分配归进程、调度归线程" （第五、六条），另一组是"线程共享地址空间、子进程复制地址空间"（第八、九条）。 把这四条钉死，三道题都是送分。第三条 PCB 的四类信息要能说出各自对应 OS 的哪件事， 但很少单独设问。
易错：认为引入线程后进程就不再是资源分配单位。被分走的只有"调度"这个身份，资源分配始终在进程一侧。
易错：把进程与线程的两个身份对调。进程是资源分配单位，线程是调度单位。
易错：认为同一进程内的各线程有各自不同的地址空间。共享同一个——这正是线程轻量的原因。
易错：认为父子进程共享虚拟地址空间。子进程拿到的是副本；共享地址空间的是线程。
易错：认为 PCB 就是进程。PCB 是进程存在的唯一标志，进程实体是程序段 + 数据段 + PCB。
易错：认为 PCB 里的信息切换时都要保存恢复。只有处理机状态信息（上下文）要。
易错：认为进程可以修改自己的 PCB。PCB 在内核空间，进程碰不到。
教材出处
- 汤小丹《计算机操作系统》2.2.1 进程的定义和特征，印刷 p35–p36：进程实体（又称进程映像）由程序段、相关的数据段和 PCB 三部分构成；进程的四个特征（动态性、并发性、独立性、异步性）
- 汤小丹《计算机操作系统》2.2.4 进程管理中的数据结构，印刷 p40–p41：PCB 的五项作用与四类信息（进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息）
- 汤小丹《计算机操作系统》2.7.2、2.7.3，印刷 p77：线程仅拥有 TCB、程序计数器、一组寄存器和堆栈，其余资源与同进程的其他线程共享
- 孙钟秀、费翔林《操作系统教程》（第 6 版）2.3.2，印刷 p56–p57：PCB 的三类信息（标识信息、现场信息、控制信息）；进程映像 = 进程控制块 + 进程数据块 + 进程核心栈
相关知识
操作系统的基本概念｜运行时内存映像与地址空间｜进程状态与转换｜进程的组织与控制｜线程