进程与程序的关系
进程(Process)是指程序(Program)的执行过程,进程代表执行中的程序。程序和进程的区别就在于“执行”这两个字。程序是静态的指令集合,是静态的,你写好了就不再改变了;进程是动态的程序执行,是动态的,不停地在变。
当你写的代码(Code)还存放在磁盘空间中时,此时它叫做程序,除了占用磁盘空间以外,不需要占用其他的系统资源。
一旦你的代码被加载到内存中,得到了执行,此时它就叫做一个进程。执行中的进程需要分配内存、CPU等宝贵资源。换句话说,进程不仅仅是“位于内存中的程序”,它还包括了所使用的资源。进程是程序执行的载体。
进程是竞争和分配计算机资源的基本单位
理解了以上进程与程序的关系,就可以理解接下来的内容了。
在操作系统中,进程是竞争和分配计算机资源的基本单位。每个进程都有自己的独立地址空间。为了保证多个进程之间能够彼此互不干扰地共享物理内存,现代的操作系统利用硬件地址机制对进程的地址空间进行保护,限制每个进程只能访问自己的地址空间。
进程之间的通信机制
我们已经知道了每个进程都有自己独立的地址空间。在操
作系统和硬件的地址保护的作用下,一个进程是没有办法访问其他进程的地址空间的。那么进程与进程之间又是怎样进行通信的呢?
进程之间的通信需要借助操作系统的系统调用函数
操作系统的系统调用函数本质上就是一些函数,但是呢,这些函数和我们平时自己写的函数有点不太一样,这些函数是由开发操作系统的开发者编写的,调用这些函数时会进入操作系统的核心。(即当前CPU的状态由用户态进入系统态)
进程通信的基本方式有以下几种:
- 共享内存
通过系统调用创建共享内存区,多内进程通过系统调用连接同一个共享内存区,通过访问共享内存区实现进程的数据交换。使用信号量机制解决同步互斥问题。 - 消息传递
通过发送和接收消息完成进程之间的通信。这里需要用到用户缓冲区、内核缓冲区、消息队列等内容。 - 共享文件
利用操作系统提供的文件共享功能实现进程之间的通信。使用信号量机制解决同步互斥问题。 - 管道通信
管道(Pipe)是一种先进先出(FIFO)的信息流,类似于栈(Stack)。多个进程都可以往管道里写数据。在读、写的过程中,操作系统保证数据的读入顺序与写出顺序相一致。进程之间通过读、写管道文件或管道设备实现通信。