程式和程序

什麼是程式？

• 程式就是一個被動的實體(需要被使用者指定執行)，就是一個儲存在磁碟上的檔案包含了一系列的指令(被稱作可執行檔案)。

什麼事程序？

當可執行檔案被載入進記憶體後，程式就變成了程序。這個可執行檔案包含了指令，當載入進記憶體後，cpu就可以執行這些指令，直到所有指令執行完成。
程序是一個活動的實體，這個實體中包含了程式計數器用來指明下一條需要執行的指令

程式計數器(pc--programer counter):是一個cpu中的暫存器，裡面存放了下一條要執行指令的記憶體地址，通常，cpu取完一條指令之後會將PC暫存器的值加 "1",用來計算下一條要執行指令的地址。

當將一個程式程式碼載入進記憶體，並將第一條指令地址寫入pc暫存器之後，程序就建立完成了。

程序再記憶體中的分佈

當程序被載入進記憶體後，程式會將內分成幾塊區域----> 程式碼段、資料段，堆，棧

int global = 100; //全域性變數

void f(int x,int y){ //
  int* p = malloc(100);
  return;
}

void g(int a){ //
  f(a,a+1);
  return;
}
int main(){
  static int i = 10; //靜態變數
  g(i);
  return 0;
}

1. 以上程式碼編譯後會變成二進位制指令，這些指令會放在text 區域,這個區域是隻讀區域。

2. 這個程式碼的入口是 main 函式, 先將主函式的返回地址寫入棧，發現主函式中有staic 變數i和全域性變數global，則將這兩個變數存入data

   區域

3. 呼叫g 函式，將a 放入stack 上，接著將g()函式的返回值(再main函式內地址,方便g函式返回的時候繼續執行main函式接下來的程式碼)也壓入棧

4. g函式會呼叫f函式，因此同理，將x,y,p 三個區域性變數放入棧中，接著將f的返回值放入棧中

5. p變數被動態分配了一塊記憶體，因此將p變數放入到heap上，同時分配100個位元組

6. f函式執行完返回：將f函式的返回地址讀取出來，由於函式要返回了，因此需要將f函式中的區域性變數地址清除，以及f的返回值也清除，接著執行g函式

7. g函式返回，取出g函式的返回地址，定位到main函式中的g(i)那段程式碼，同時清除g函式返回地址和g函式內部區域性變數

8. main函式返回，清空堆記憶體(由於沒有free p變數,p變數要等到函式退出才會銷燬)

併發的程序

併發與並行

再同一個時間發生或者存在的兩個或多個事件被稱為併發(concurrency)。

再同一個時間同時執行的兩個或多個事件被稱為並行(parallel)

當再單核機器上，同時建立多個程式，那就是併發，這兩個程式同時存在，但是再同一個時間只有一個程序再執行，如果在2核cpu上，執行兩個程序，兩個程序分別由不同的cpu來執行，那麼這種就叫做並行，因為他們再同一時間都在執行。

cpu上的併發

cpu再執行程式的時候會被劃分成一個個時間片，由作業系統來排程再這個時間片上由哪個程序來由cpu執行。當一個程序因為執行的時間到了而被另外一個程序頂替的佔有cpu，這個過程叫“程序切換”

其中實線代表的是程序佔有cpu,虛線代表的是程序沒有佔有cpu

程序狀態

根據上面併發的知識知道，程序並不是一直都在執行的，而且會由作業系統進行排程，有時執行，有時並沒有執行，因此需要給程序標記上他當前的狀態，好讓作業系統可以來排程管理程序。

三種基本狀態

程序總共有五種狀態，其中兩種是建立和終止，執行中的程序一般只在以下三個狀態切換

• 就緒態(ready)：程序的程式碼再cpu上執行
• 執行態(running)：程序具備執行條件，等待分配cpu
• 等待態(waiting)：程序再等待某些時間的發生(比如IO操作結束或者一個訊號)，不具備執行條件==
  

通過上面圖可以看出：

• running----> ready: 執行中的程序再遇到系統中斷(時鐘中斷患者io中斷等)的時候會被切換成就緒態或者有高優先順序的程序到達
• running----> waiting: 執行中的程序再遇到IO或者事件阻塞(比如將字串輸出到顯示器的時候，由於這些操作很慢，程序就會被切換成等待)
• ready-----> running： 當作業系統開始排程分配程序的時候，程序就有就緒態轉換為執行態
• waiting----->ready ：當遇到IO或者某些事件完成