进程是如何实现的

本文是《操作系统：以程序员的角度》第四章第五篇，从本章开始将开启第一个重要的主题：进程，彻底理解进程对程序员来说是极为重要的，本章就从程序员的角度来讲解到底什么是进程、操作系统是如何实现进程的。本文承接上篇《进程退出：占用的内存都去哪儿了？》，以下为本篇目录：

• 如何描述一辆在高速上运行的车
• 如何描述进程
• 进程如何用代码表示
• 篮球比赛是如何暂停与恢复的
• 进程的上下文是什么
• 进程切换：Context Switch
• 总结

我们可以自己先想一想进程实现这个问题，如果让你在操作系统中实现进程，你该怎么用代码来实现？

如何描述一辆在高速上运行的车

如果你对进程实现这个问题一时不知道该从哪里着手，不妨先想一想什么是进程？那么什么才是进程呢，这个问题我们在本章的开始已经讲解了，程序运行起来的样子就是进程。程序是静态的而进程是动态的，这就好比汽车是程序，汽车在高速上跑起来就是进程，那么你该怎样描述汽车在高速上运行呢？想一想这个问题。

显然，我们可以通过各种属性来描述一辆在高速上运行的汽车：车子当前的时速(这是最明显的)、车子当前所在的地理位置(在哪条高速上)、车子当前还有多少汽油(还可以跑多少公里)等等，对于每一辆在高速上跑起来的车你都可以用这些属性来列一个单子，如图所示：

同样的道理，如果让你描述一个在内存中运行的程序，也就是进程，你该怎么描述呢？

如何描述进程

接下来让我们思考一下该怎样描述进程？进程的一个最明显的属性就是有各种状态，就像在《进程是如何运行的》”一节中讲解的那样，进程有运行、就绪和阻塞几种状态。

CPU通过执行机器指令才能使得进程运行起来，因此进程运行过程中使用的各种CPU寄存器是一种进程的属性。CPU在进程切换的过程中需要将被暂停进程寄存器的值保存起来，以再次调度该进程时可以根据这些信息恢复进程的运行，比如用来记录进程运行到了哪里的程序计数器，该寄存器中保存CPU将要执行的下一条机器指令的内存地址。