1、上下文(context)切换

上下文切换指的是停止当前运行的进程(从运行状态改变为其他状态)并且调度其他进程(转变为运行状态)。必须在切换之前储存许多部分进程的上下文；必须能够在之后恢复他们，所以进程不能显示他曾经是被暂停过；必须快速（上下文转换非常频繁）。

需要储存的上下文包括：寄存器(PC(程序计数器)，SP(栈指针信息)，…)，CPU状态，…在某些情况下可能很费时，所以应该尽量避免。上下文切换的示意图如下图所示：

操作系统为活跃进程准备了进程控制块(PCB)，操作系统将进程控制块(PCB)放置在一个合适的队列里，如就绪队列，等待I/O队列(每个设备的队列)，僵尸队列。

2、加载和执行进程

使用fork()函数来创建子进程，fork()函数返回值为0，则子进程继续执行；fork()函数返回值大于0，则父进程在此继续执行；fork()函数返回值小于0则创建子进程失败。系统调用exec()函数来加载程序取代当前运行的程序。使用fork()函数的示意图如下图所示。

fork和exec函数执行图

下图是子进程创建执行的地址空间变化图，开始子进程和父进程的地址空间完全相同，但在执行exec()函数时，子进程的地址空间完全使用自己的地址空间，从子进程所要执行的main()函数开始执行，整个程序的控制流发生完全的变化，子进程和父进程的地址空间有很大的不同。

fork和exec函数执行内存变化图

exec()函数的调用允许一个进程“加载”一个不同的程序并且在main开始执行；它允许一个进程指定参数的数量(argc)和它的字符串参数数组(argv)；如果调用成功，子进程和主进程时相同的进程但是运行了一个不同的程序，子进程进行了代码，栈(stack)和堆(heap)的重写。通过**copy on write(COW)**技术可以提高fork()的执行效率，只有当子进程需要对主进程的相关变量进行写操作时，才需要将需要进行写操作的父进程的相关变量复制到子进程中，其他子进程进行只读操作的变量没必要一并拷贝到子进程之中。

3、等待和终止进程

为了在子进程退出之后将子进程在内存中的资源(PCB等)释放掉，父进程中会使用等待wait()。wait()系统调用是被父进程用来等待子进程的结束。一个子进程向父进程返回一个值，所以父进程必须接受这个值并处理,wait()系统调用担任这个要求，它使父进程去睡眠来等待子进程的结果；当一个子进程调用exit()的时候，操作系统解锁父进程，并且将exit()传递得到的返回值作为wait调用的一个结果(连同子进程的pid一起)，如果这里没有子进程存活，wait()立即返回；如果这里有为父进程的僵尸等待，wait()立即返回其中一个值（并且解除僵尸状态）。

进程结束之后，调用exit()，在调用exit()之后和垃圾回收结束之前的这段时间，进程处于僵尸状态(zombie/defunct)。操作系统中的init进程会定期扫描整个系统中是否有进程处于僵尸状态，若发现僵尸进程，init进程会代替父进程进行垃圾收集(资源回收)的操作。

加入了僵尸状态的进程的状态转化如下图所示：

进程执行状态变化图