进程 — 操作系统卖的那件叫隔离的商品

一句话总结

进程是操作系统出售的一种“让程序以为自己独占一台计算机”的幻觉，其核心是独立地址空间。

为什么需要了解这些

一台机器运行多个程序必须保证两点：一个程序的错误不能破坏其他程序的内存；程序无需关心自己何时暂停、何时恢复。进程同时提供这两种抽象。每个进程都拥有从地址 0 开始的虚拟地址空间，短暂借用 CPU 后再归还，却察觉不到这一过程。

工作原理

操作系统为每个进程维护一个 PCB(Process Control Block)，大致包含：

• 进程标识符与状态（创建、就绪、运行、等待、结束）
• 程序计数器与寄存器值——恢复执行时需要还原的内容
• 内存管理信息——页表位置
• 打开的文件列表、所有者和调度信息

上下文切换会把当前进程的寄存器保存到 PCB，再恢复下一个进程的寄存器。移动几十个寄存器本身很快，真正成本发生在随后：新进程开始运行时，缓存和 TLB 中前一进程的数据失效，引发大量未命中。这种间接成本远大于直接成本。

Linux 创建进程的方式也很有特点。fork() 完整复制父进程，随后 exec() 用新程序覆盖它。实际复制采用写时复制(copy-on-write)：父子共享物理页，直到一方写入时才复制该页。在立即调用 exec() 的常见模式中，几乎不会发生实际复制。

进程状态转换中常被混淆的是僵尸进程。子进程结束后，若父进程尚未通过 wait() 收取退出状态，只剩 PCB 的进程就成为僵尸。它几乎不占内存，却占用进程表项；大量积累后将无法创建新进程。反之，父进程先退出时，子进程成为孤儿，由 init（或容器中的 1 号进程）收养。容器直接把应用作为 1 号进程时容易积累僵尸，因为 1 号进程负责回收孤儿，而普通应用通常没有相应代码。

实际工作中的表现

在 ps 输出的 STAT 列看到 Z，就是上述状态。容器镜像加入 tini 等小型 init，或启用运行时 init 选项，是标准做法。D 状态（不可中断睡眠）也值得认识：进程通常正在等待磁盘或网络文件系统 I/O，即使用 kill -9 也无法立即终止。

后续测验将确认什么

确认你能解释为什么 fork 看似昂贵却通常很便宜，以及上下文切换的真正成本在哪里。