# [作業系統] Ch4 The Process
## The Concept of Process
- Process 就是**正在進行中的 program**
- Process v.s. program
- **Program**：**靜態**存放在 Disk 中
- **Process**：**作業系統**從 disk 中把 program load 下來，並執行

## CPU Virtualization
透過 **Time Sharing** 技術讓 CPU 在多個 process 中快速切換
- **Context Switch**：切換不同 process
- **CPU Scheduling**：決定process 運行的順序

## Machine state
一個 process 在任意時刻所能讀取或更新的所有系統資源與資訊

### Memory
- **code**：存放 instructions 的地方
- **static data**：存放已初始化的 global variable
- **heap**：用於**動態記憶體**分配
- `malloc`, `free`...
- **stack**：function 呼叫、參數、回傳 address 與 local variable

### Registers
- **General Registers**：用來儲存暫存值
- **Program counter(PC)/Instruction Pointer(IP)**：指向**下一個將被執行 instruction** 的 address
- **Stack pointer(SP)：
- 指向 **stack** 的頂端
- 用於函數調用管理

### I/O state
- 指現在開啟的 **I/O 文件**

## Process API
:::info
實際的 system call 操作會在[第五章](https://hackmd.io/@Toast1001/SJJpa-Shye)
:::
- **Create**：
- 創建 process
- e.g. `fork()`, `exec()`...
- **Destroy**：
- 終止 process
- e.g. `kill()`, `exit()`...
- **Wait**：
- Delay process
- e.g. `wait()`, `sleep()`...
- **暫停與恢復**：
- e.g. `pause()`, `resume()`...
- **查詢狀態**：
- e.g. `ps`, `top`...

## Process States
- **Ready**：可以執行，但 CPU 忙碌中
- **Running**：正在使用 CPU
- **Blocked**：使用完成 CPU，離開 CPU

## Process Data Structures
### Process Control Block(PCB)
- **定義**：作業系統為每個 Process 維護的一個 Data Structure
- 內部結構（重要欄位）：
- **PID**：Process ID
- **Process state**：紀錄 process 的狀態
- **Priority**：優先序，與 CPU Sceduling 有關
- **Parent Process/Child Process**：追蹤 parent process 與 child process

### Process List
- 每一個 Queue 存放著每個 process 的 **PCB**
- **Ready Queue**：存放所有 Ready process
- **Blocked Queue**：存放所有 Blocked process
- **Running Process**：存放所有 Running process

## Context switch
:::warning
第六章有更多的講解
:::
- 當作業系統決定讓另一個 process 運行時，它需要**先 interrupt 當前 process** 並切換到新的 process
- 作業系統的操作：
- 當前 process 的 process state 存入 PCB
- 載入新 process 的 PCB