到目前為止，你肯定已經(jīng)見(jiàn)過(guò)很多次這兩個(gè)詞了，“程序”“進(jìn)程”。那程序和進(jìn)程到底有什么區(qū)別呢。

程序是一個(gè)靜態(tài)的概念。

進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。

我們用一個(gè)例子來(lái)形象的講解一下這個(gè)區(qū)別。程序其實(shí)本質(zhì)上和我們的菜譜非常類似，一個(gè)菜譜規(guī)定了完成一道菜的整個(gè)流程，一步一步每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行什么樣的操作，但是看一遍菜譜是不能變出一道美味可口的菜肴的。要想真正做出一道菜就應(yīng)該按照菜譜的要求走一遍，準(zhǔn)備好食材，按照菜譜的指導(dǎo)，打開(kāi)燃?xì)?，鍋熱后倒入油，待油溫適宜后放入準(zhǔn)備好的食材、調(diào)味料，然后不斷翻炒直至炒熟，這樣一道美味就新鮮出鍋啦。

在這個(gè)例子中 如果把菜譜比作我們寫(xiě)的程序，那么按照菜譜真正炒菜的這個(gè)過(guò)程才是進(jìn)程 。如果你自己真的炒過(guò)菜，相信會(huì)對(duì)此有更加深刻地的理解，如果你還沒(méi)有做過(guò)菜，那么筆者強(qiáng)烈建議讀者自己真正的去炒一道菜感受一下。

進(jìn)程是計(jì)算機(jī)科學(xué)當(dāng)中一個(gè)及其重要的概念，徹底理解進(jìn)程是理解操作系統(tǒng)工作原理的關(guān)鍵所在，同時(shí)也是編程高手的標(biāo)志之一。

編程高手與普通程序員的分水嶺

進(jìn)程是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)概念，可以說(shuō)徹底理解進(jìn)程這個(gè)概念是能否成為擁有“自我探索”能力的編程高手的一個(gè)分水嶺， 能徹底理解操作系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)程是編程高手的關(guān)鍵性標(biāo)志。 理解了這個(gè)概念以后你幾乎不會(huì)再遇到程序出現(xiàn)了問(wèn)題，但是你根本就不知道到底哪里出現(xiàn)問(wèn)題的窘境。正因?yàn)檫@個(gè)概念的重要性因此我們后面的文章會(huì)有很大一部分都是圍繞著進(jìn)程來(lái)進(jìn)行講解的，目的就是確保大家能真正掌握這一思想，從而在成為高手的道路上邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

接下來(lái)讓我們首先來(lái)看一下程序是如何生成的。

程序是如何生成的

程序這個(gè)詞其實(shí)是比較籠統(tǒng)的，在我們學(xué)習(xí)工作工作過(guò)程中，即指我們?nèi)祟惪梢哉J(rèn)識(shí)的字符串程序，也可以指機(jī)器可以運(yùn)行的二進(jìn)制機(jī)器指令程序，這個(gè)程序就是可執(zhí)行程序。

所以在這里需要大家能意識(shí)到一點(diǎn)，程序這個(gè)詞有兩種含義：

• 人類可以認(rèn)識(shí)的程序，這些程序就是用比如C/C++，Java，Python語(yǔ)言寫(xiě)成的文本文件。比如helloworld.c，hellworld.java，helloworld.py
• 機(jī)器可以認(rèn)識(shí)的程序，這些程序就是可執(zhí)行程序。Windows下就是exe程序，Linux下就是elf程序。

因?yàn)橛?jì)算機(jī)看不懂人類可以認(rèn)識(shí)的文本文件程序，因此需要將文本文件程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器可以認(rèn)識(shí)的可執(zhí)行程序。這個(gè)翻譯過(guò)程就是編譯器來(lái)完成的。編譯器將文本文件程序翻譯成二進(jìn)制機(jī)器指令程序。

在前幾節(jié)中，有兩種類型的語(yǔ)言，一類是C/C++這種編譯型語(yǔ)言，一類是比如Python、Java等解釋型語(yǔ)言，CPU可以直接運(yùn)行C/C++程序經(jīng)編譯后生成的機(jī)器指令，但解釋型語(yǔ)言不能直接被CPU執(zhí)行，解釋型語(yǔ)言是被解釋器直接執(zhí)行的，而解釋器可以被CPU直接執(zhí)行，因?yàn)檫@些解釋器通常都是C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)的，就好比下面這樣：

$ python helloworld.py

其中python就是一個(gè)C語(yǔ)言程序，只不過(guò)這個(gè)C語(yǔ)言程序可以來(lái)執(zhí)行python程序。有了這些背景后，接下來(lái)我們重點(diǎn)關(guān)注C/C++這類解釋型語(yǔ)言是如何從文本文件轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行文件的。

接下來(lái)的這句話，大家一定要理解，那就是：

“ 程序其實(shí)包含兩部分內(nèi)容，一部分是指令(代碼)，另一部分是數(shù)據(jù) ”

有的同學(xué)可能會(huì)問(wèn)了，程序里面不都是“指令(代碼)”嗎，不是的，大家一定要意識(shí)到這一點(diǎn)，非常重要。程序中不都是指令(代碼)，還包括數(shù)據(jù)。

比如 int a = 100; 這段代碼在生成的可執(zhí)行程序中是沒(méi)有對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令的，為什么，因?yàn)檫@是數(shù)據(jù)。那么什么樣的代碼才有對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行程序呢？比如if... while... +-*/，return等語(yǔ)句才會(huì)有對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令。

現(xiàn)在你應(yīng)該清楚了吧，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)數(shù)據(jù)的操作部分我們都可以認(rèn)為是指令，而除此之外的定義都是數(shù)據(jù)。

有了這些知識(shí)，你就能理解編譯器啦，編譯器的工作就是把C程序中的對(duì)數(shù)據(jù)的操作部分翻譯成二進(jìn)制機(jī)器指令，這些指令統(tǒng)一放在二進(jìn)制文件中的一部分，這一部分就叫代碼段，然后編譯器收集C程序中定義的數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一放在二進(jìn)制文件中的另一部分，這一部分就叫數(shù)據(jù)段，就好比披薩一樣分為兩層，一個(gè)可執(zhí)行文件就如下圖所示：

這就是為什么最終可執(zhí)行文件中有兩部分的原因，這也是可執(zhí)行程序在磁盤(pán)中的看起來(lái)是樣子的。

這里需要大家意識(shí)到的一點(diǎn)就是可執(zhí)行程序也是一個(gè)保存在磁盤(pán)上的普通文件，和我們的經(jīng)常使用的文本文件沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。

我們來(lái)總結(jié)一下，編譯器將源代碼分成兩類，一類是對(duì)數(shù)據(jù)的操作，這一部分就被編譯器翻譯成了機(jī)器指令；另一類是數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被編譯器收集后放到了可執(zhí)行文件的數(shù)據(jù)段。

可執(zhí)行程序也是文件，和普通的文本文件沒(méi)有什么本質(zhì)的區(qū)別，只不過(guò)文本文件中保存的是人類認(rèn)識(shí)的字符，而可執(zhí)行程序保存的是機(jī)器指令以及機(jī)器指令操作的數(shù)據(jù)，這些二進(jìn)制的指令或數(shù)據(jù)人類是很難直觀理解的，但是CPU不一樣，CPU可以直接執(zhí)行這些二進(jìn)制機(jī)器指令。

現(xiàn)在你應(yīng)該清楚程序是如何生成的了吧，程序是編譯器翻譯而成的，可執(zhí)行程序和普通文件一樣，生成后被安靜的保存在磁盤(pán)上。

從這里我們也可以看出程序其實(shí)和菜譜一樣是一個(gè)靜態(tài)的概念。程序被保存在磁盤(pán)上，只要磁盤(pán)沒(méi)被破壞程序就可以一直被保存下去。

接下來(lái)讓我們看看進(jìn)程是怎么來(lái)的。

進(jìn)程是如何生成的

到目前為止，保存在磁盤(pán)上的可執(zhí)行程序和操作系統(tǒng)還沒(méi)有半毛錢(qián)關(guān)系。如果一個(gè)程序僅僅是放在磁盤(pán)上除了占用磁盤(pán)控制之外其實(shí)是沒(méi)有任何用處的，只有程序運(yùn)行起來(lái)才能真正發(fā)揮它的作用。

那么程序是如何被運(yùn)行起來(lái)的呢？

這點(diǎn)大家應(yīng)該都非常熟悉，在Windows中我們通過(guò)雙擊程序圖標(biāo)，在Linux下直接鍵入程序的名字。但是這個(gè)回答大家可能并不滿意，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的角度上看我們依然不清楚程序是如何運(yùn)行起來(lái)的。

要回答這個(gè)問(wèn)題，就需要我們的主角登場(chǎng)了，這里的主角就是操作系統(tǒng)。

我們的程序?qū)嶋H上是被操作系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)的，大體經(jīng)過(guò)了以下幾個(gè)階段。

1，當(dāng)我們雙擊程序圖標(biāo)或者鍵入程序名字后，操作系統(tǒng)根據(jù)程序的名字去磁盤(pán)中找到可執(zhí)行程序。

2，操作系統(tǒng)在內(nèi)存為即將要運(yùn)行的程序劃出一塊區(qū)域。

3，操作系統(tǒng)將找到的可執(zhí)行程序從磁盤(pán)中copy到剛剛劃分出的內(nèi)存區(qū)域當(dāng)中。

4，操作系統(tǒng)在內(nèi)存中找到可執(zhí)行程序代碼段的起始位置，假設(shè)這個(gè)地址是A。

5，操作系統(tǒng)告訴CPU從A這個(gè)位置開(kāi)始執(zhí)行。

經(jīng)過(guò)了這幾個(gè)步驟后，CPU就開(kāi)始運(yùn)行我們的程序啦。值得注意的是以上只簡(jiǎn)化后的幾個(gè)重要步驟，實(shí)際情況要更加復(fù)雜，但是這個(gè)簡(jiǎn)化的步驟已經(jīng)足以讓我們理解操作系統(tǒng)是如何來(lái)運(yùn)行程序的了。在后面的文章中我們會(huì)詳細(xì)描述這一過(guò)程。所以你會(huì)看到當(dāng)打開(kāi)一個(gè)比較大的程序，比如游戲時(shí)，總是非常慢，還會(huì)給出“正在加載”的提示，其實(shí)就是操作系統(tǒng)在忙著以上幾個(gè)步驟。

在這里，我們可以給出進(jìn)程的定義了。

程序運(yùn)行起來(lái)之后就叫進(jìn)程。

而進(jìn)程也是我們后面文章的重中之重。

進(jìn)程是操作系統(tǒng)精心構(gòu)筑的一個(gè)概念，理解進(jìn)程對(duì)理解操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，同時(shí)深刻理解進(jìn)程也是編程高手和普通程序員的分水嶺。

總結(jié)

在這一節(jié)中我們重點(diǎn)關(guān)注了程序和進(jìn)程這兩個(gè)概念。

程序是靜態(tài)的，放在磁盤(pán)上的，保存了程序的指令和數(shù)據(jù)普通文件。

進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，存防在內(nèi)存中的，CPU執(zhí)行程序時(shí)的樣子。

只要磁盤(pán)沒(méi)有被破壞，程序就可以永久保存。

而進(jìn)程一旦在內(nèi)存中被CPU執(zhí)行完畢，操作系統(tǒng)就會(huì)回收進(jìn)程占據(jù)的所有內(nèi)存空間，進(jìn)程的生命周期取決于程序的運(yùn)行時(shí)間。

程序需要存放在磁盤(pán)上，占用的是磁盤(pán)的空間。

而進(jìn)程需要在內(nèi)存中被運(yùn)行，占用的是內(nèi)存空間。