在一開始學習程序的時候，我們大概每個人都會遇到過這樣的問題，下面就讓我們帶著這些問題來認識認識程序。

1、程序是什麼？

2、什麼是多程序？

3、執行一個程序需要什麼？

4、多程序之間是如何排程的？

5、程序的上下文環境是什麼？

6、如何建立一個新的程序？

一、程序是什麼？

    大家在面試時，有時候會被HR問到這麼一道題目：程式與程序有什麼區別？

如果讓我們通過生硬的概念來回答HR，往往會令HR失望。下面我想通過一個生活中的場景來回答HR這個問題。

週末，張先生想為他心愛的老婆做一道菜---牛肉排骨湯，他有做這道菜的菜譜，廚房裡也有牛肉排骨，味精，香料等，張先生就按著菜譜一步步得為他的老婆做好了這道菜---牛肉排骨湯，他的老婆很高興，感覺很幸福。

在這個比喻中，做牛肉排骨躺的菜譜就是程式，張先生應該就算是處理機(CPU)，做這道菜的各種原料（牛肉排骨，大蔥等）就是輸入資料，一盤香噴噴的牛肉排骨湯則是輸出資料，程序就是張先生按著菜譜做好這道菜的整系列動作的總和。

於是我們知道，程式是一個靜態的，程序是用來描述動態的過程的。

二、什麼是多程序？

    大家都知道，現在的作業系統都是支援多程序的，即一個CPU可以支援多個程序。這個又是什麼情況？讓我來修改一下上面的場景。

週末，張先生想為他心愛的老婆做一道菜---牛肉排骨湯，他有做這道菜的菜譜，廚房裡也有牛肉排骨，味精，香料等，張先生開始做牛肉排骨湯，做著做著，他的兒子的手被刀子劃破了，哭著跑到爸爸這裡來訴苦，這時候，張先生停下手裡的活，在菜譜上記下自己做到了哪裡，然後拿出一本急救手冊，按著上面的指示，把兒子的手傷包紮好之後，他回到廚房繼續做自己的牛肉排骨湯。

在這個場景中，就包含了兩個程序，程序一是做牛肉排骨湯，程序二是為兒子包紮傷口。

張先生（CPU）先是執行的程序一，在程序一還米有結束之前，暫停程序一，去執行了程序二。執行完程序二，回到繼續執行程序一，直至程序一結束。這個過程就成為程序之間的"切換"。

下面我們通過一張圖片來介紹多程序之間的關係：

圖(a)：一個包含4個程序的程序表

圖(b)：4個程序是完全獨立的

圖(c)：4個程序進行切換，但任意時刻只有一個程序在執行

由此，我們得知，程序，從巨集觀上來說，有自己的目標，又受控於程序排程模組的控制。從微觀上來說，有自己的程式碼和資料，同時也擁有自己的堆疊。但又利用系統的資源。

三、執行一個程序需要什麼？

每個程序包含自己的程式碼，資料，和堆疊，並且都服從程序排程模組進行排程。

四、多程序之間是如何排程的？

多程序之間的排程是由程序排程模組來完成的。我們首先需要了解程序的狀態，下圖為3種狀態之間的關係：

在本書中，作者只介紹的是2、3，即就緒--執行--就緒之間的轉換關係。其中條件2是排程模組選擇其中某一個程序執行。

條件3是時鐘中斷髮生，排程模組將正在執行的程序調入到就緒佇列。

五、程序的上下文環境是什麼？

    在張先生去為兒子包紮傷口時，他需要在菜譜上記錄下自己做牛肉排骨湯做到什麼地方，以便回來之後繼續做。同理，作業系統在進行系統切換時，也同樣要記錄下該程序的上下文環境。

於是我們建立了一個數據結構--程序控制塊(ProcessControl Block)，它主要包括以下幾方面資訊：

1、程序識別符號 name：每個程序都必須有一個唯一的識別符號，可以是字串，也可以是一個數字。

2、程序當前狀態 status：說明程序當前所處的狀態。為了管理的方便，系統設計時會將相同的狀態的程序組成一個佇列，如就緒程序佇列，阻塞程序則要根據等待的事件組成多個等待佇列，如等待印表機佇列、等待磁碟I/O完成佇列等等。

3、程序相應的程式和資料地址，以便把PCB與其程式和資料聯絡起來。

4、程序資源清單。列出所擁有的除CPU外的資源記錄，如擁有的I/O裝置，開啟的檔案列表等。

5、程序優先順序 priority：程序的優先順序反映程序的緊迫程度，通常由使用者指定和系統設定。

6、CPU現場保護區 cpustatus：當程序因某種原因不能繼續佔用CPU時（如等待印表機），釋放CPU，這時就要將CPU的各種狀態資訊保護起來，為將來再次得到處理機恢復CPU的各種狀態，繼續執行。

7、程序同步與通訊機制 用於實現程序間互斥、同步和通訊所需的訊號量等。

8、程序所在佇列PCB的連結字 根據程序所處的現行狀態，程序相應的PCB參加到不同佇列中。PCB連結字指出該程序所在佇列中下一個程序PCB的首地址。

9、與程序有關的其他資訊。 如程序記賬資訊，程序佔用CPU的時間等。

每個程序有自己的程序控制塊，我們將這些程序控制塊組織到一起，儲存在一個叫程序表(Process Table)的結構陣列中。

在本書中，本著簡單實用的原則，我們的程序控制塊只包含了程序識別符號，CPU現場保護（即暫存器的內容），還有區域性描述符。程式內容如下：

/* 暫存器 */
typedef struct s_stackframe {
	t_32 gs;	
	t_32 fs;	
	t_32 es;	
	t_32 ds;	
	t_32 edi;	
	t_32 esi;	
	t_32 ebp;	
	t_32 kernel_esp;
	t_32 ebx;		
	t_32 edx;		
	t_32 ecx;		
	t_32 eax;		
	t_32 retaddr;	
	t_32 eip;		
	t_32 cs;		
	t_32 eflags;	
	t_32 esp;	
	t_32 ss;		
}STACK_FRAME;

/* PCB程序控制塊 */
typedef struct s_proc {
	STACK_FRAME	regs;			/* 暫存器 */
	t_16		ldt_sel;		/* LDT選擇子 */
	DESCRIPTOR	ldts[LDT_SIZE];	        /* LDTs */
	t_32		pid;	                /* 程序號 */
	char		p_name[16];	        /* 名字 */
}PROCESS;

六、如何建立一個新的程序？

    首先我們要申請一個程序控制塊(PCB)，然後為新的程序分配資源（本程式內為堆疊），繼而初始化程序控制塊，最後將佇列加入就緒佇列（本程式即程序表）。

    在本程式內，我們是這樣做到的