1.進程的概念和狀態
進程的概念常常和程序糅合在一起，但兩者實際是不一樣的。首先，“進程”所包含的內容比“程序”豐富。“程序”這個概念可以用“一段代碼”來概括，這段代碼可能由不同的語言書寫，它有可能是可以直接執行的（比如機器碼），有可能是可以直接被解釋器執行的（比如MATLAB代碼），也有可能暫時不能被執行，需要編譯成機器碼之後才能執行（比如C++代碼）。項目是由代碼包裝而成的可執行文件。例如，C語言代碼在gcc環境下編譯形成項目由如下步驟組成：C語言代碼經過前端編譯之後形成彙編代碼，編譯器後端將彙編碼翻譯爲可執行的機器碼，然後機器碼依託其他文件（如庫文件等）包裝成爲可執行的項目。在項目被執行時，項目將被裝入內存。此時，項目的載體稱爲進程，執行進程就是對項目的內容進行解讀，並按照內容執行操作。一種狹義的說法稱進程爲“正在執行的一段代碼”，實際上進程信息的載體不僅包括執行代碼（文本段），還有程序計數器和處理器寄存器（保存當前活動狀態）、進程棧（包括臨時數據）、數據段（包括全局變量）和堆（進程運行期間動態分配的內存）等，這些信息在進程執行時都存儲在內存中。單獨從項目與代碼、進程對應的角度來看，項目可能由一段或多段代碼生成，也可能申請一個或多個進程來執行項目，他們之間都沒有一一對應的關係，所以上面的說法是不準確的。這種說法的可取之處在於指出了進程動態的特點：代碼和指令是靜態的操作，相當於工具；進程通過程序計數器取下一條執行的代碼或下一項執行的指令，相當於工具的使用者。
在進程執行時，操作系統爲進程規定了不同的狀態，以便於操作系統對進程進行管理和維護。這些狀態包括新建（進程正在被創建），運行（正在執行指令），等待（等待某事件發生，比如收到I/O事件或其他事件的信號），就緒（等待處理器分配）和終止（執行完畢）。在同一時刻，進程只能處於同一狀態。因爲處理器的數目總是有限，每個處理器上每時每刻都只有一個進程處於運行狀態，而其他很多的進程都處於就緒或等待狀態。
進程的相關信息在操作系統中被保存在進程控制塊（下文簡稱PCB）中。PCB是一種存儲進程信息的數據結構，其內容包括進程狀態、程序計數器、CPU寄存器、CPU調度信息、內存管理信息、流水信息和I/O信息等。進程的PCB保存在內核中。當進程因系統調用而中斷執行時，其運行信息仍然由PCB保存。在進程恢復執行時，操作系統從PCB讀取進程原先的狀態，重新裝入進程。從這個角度看，PCB相當於進程在內核中的映射：進程在中斷時佔用資源的狀態原樣保存在用戶內存中，而執行狀態保存在內核的PCB中，體現出內核控制進程、進程支配資源的層級結構。
以P0爲例，CPU因爲任何原因而要暫停執行當前進程時，就將進程信息存入PCB，然後暫停。在開始執行一個進程時，通過加載PCB中的信息來獲取該進程的狀態，以P1爲例。
2.進程的操作
現代操作系統（以下以UNIX爲例）要求通過進程來訪問和利用資源，因此可以說所有的計算機操作都由進程完成，如文件操作、內存訪問與讀寫和流水信息記錄等。操作系統通常爲進程提供識別、創建、執行和終止等操作，通過特定的系統調用來實現。
進程識別
不同的進程具有不同的進程控制符（下簡稱PID），在需要識別特定進程時，比對PID即可。爲了實現這一點，操作系統在創建進程時賦予進程不同（unique）的PID，並通過系統調用管理：系統調用getpid()可用於獲得進程的PID.
進程創建
進程的創建和管理通過維護進程樹實現。在UNIX中，PID爲1的init進程在裝入系統時就產生並開始執行，其任務是爲用戶創建進程。正在執行的進程通過系統調用創建新進程，前者和後者分別稱爲父進程和子進程。新創建的進程還可以創建其他子進程，所以可以用進程樹表示進程間的創建關係；init進程就是這棵樹的根節點，是所有用戶進程的根進程。然而，進程在內核存儲中的實際組織方式並不是樹，而是雙向鏈表，其中每個進程都存儲有自身父進程和全體子進程的PID.
用於創建進程的系統調用是fork().由fork()產生的子進程由原來進程的地址空間的副本組成，前者完全複製父進程的程序計數器、文件狀態（進程打開的文件在內核結點中由列表存儲，所以狀態可以克隆）和程序代碼，並獲得獨享的內存空間，將父進程在用戶內存的資源完全拷貝過來。在內核中，子進程結點完全從父進程克隆過來，只改變PID、運行時間和繼承關係。
除此之外，還需要系統調用exec*()輔助管理進程。exec*()是一族系統調用的總稱，它們將當前進程映像替換成新的程序文件，所以exec*()不產生新進程，而是造成原進程內容的變化。具體而言，在進程調用exec*()時，進程轉爲執行參數所指示的程序。此時原來的程序代碼不復存在（被新的指令代碼替換），進程改爲執行新的指令；原來的執行信息不復保留，內存和寄存器資源被重置。進程只保留原來的PID、繼承關係和運行時間等信息，在新的指令執行完畢後直接終止。
此處額外說明一點：系統調用的設計理念就是儘量少進行硬件操作（如訪問內存），因爲所需時間長。所以上面介紹的fork()和exec*()在內核中的實際操作就是本着這樣的理念設計的。
在系統實際運行時，fork()和exec*()經常搭配使用，以實現父進程中包含子進程的效果。爲了實現上述操作，需要父進程執行wait()或waitpid()系統調用以暫停執行，在子進程通過exit()終止時方被喚醒，繼續執行。具體而言，程序使用一個針對fork()的條件判斷（父子進程中fork()的返回值不同）來使父子進程執行不同指令。父進程執行到wait()後建立一個信號接收器，之後保存狀態進入等待。子進程在執行到exit()後釋放所有資源，只保留最少的信息（PID、運行時間和退出信息），併發送SIGCHLD信號給父進程。父進程在接受信號後被喚醒（如果是由waitpid()產生的接收器則只接受特定子進程的信號），接收器默認將信號移除，並銷燬發信的子進程。從用戶的視角看，這種操作使得父進程在創建子進程後的某時刻掛起，待後者結束後按原樣執行。另外，UNIX中默認先運行父進程，所以這種操作也提供了調換執行順序的選項。如果子進程發送信號早於父進程建立接收器，則信號將被保留，待接收器建立之後立即被接收並執行銷燬。
如果父進程wait()晚於子進程結束，子進程終止之後保留信號，父進程wait()時立即接收到信號，kill子進程
在一種特殊情況下，如果在子進程運行結束前父進程已經終止，子進程就會變成孤兒進程。這樣做會使得子進程和進程樹失去聯繫，使得操作系統無法控制其終止所帶來的影響。UNIX爲此提供了重定父址的操作，在每個進程終結時將其所有子進程樹的根進程確定爲init進程的子進程，即選擇init進程作爲這些孤兒進程的繼父。init進程週期性地執行接收信號操作，保證這些殭屍進程（執行完的子進程）能及時被銷燬。
參考文獻:
[1] Abraham Silberschatz. 操作系統概念:Java實現:第7版:翻譯版. 高等教育出版社, 2010.1;
[2] 韓其睿. 操作系統原理. 清華大學出版社, 2013.8.