上篇著重於作業系統在硬體的角色還有記憶體 硬體運作的基本機制（資料處理流程）
本篇學習目標：了解作業系統如何管理程式
Process、Thread 和 Process Control Block（PCB）
在作業系統裡，程式的執行涉及三個重要概念：Process、Thread 和 Process Control Block（PCB）。
- Program：還沒執行時，它只是靜態的檔案，比如 .exe 檔案或某個應用程式。
- Process：當你打開程式時，程式被載入記憶體，成為一個 Process，這時它已經開始消耗記憶體和 CPU 資源了。每個 Process 都是獨立的，擁有自己的記憶體空間和執行狀態。舉例：你同時開啟音樂播放器和文字編輯器，這兩個程式就是兩個 Process。
- Thread：一個 Process 可以包含多個 Thread，這些 Thread 共享 Process 的資源（如記憶體）。執行緒是「真正在跑任務」的單位。一個 Process 有多個 Thread 時，可以同時執行不同的任務。舉例：在音樂播放器裡，一個 Thread 處理播放音樂，另一個 Thread 處理下載歌曲。
Process Control Block（PCB）
- PCB 是作業系統用來管理 Process 的資料結構，每個 Process 都有一個 PCB，記錄它的所有資訊，包括：
- Process 的狀態（運行中、等待中等）。
- 分配的記憶體和資源。
- CPU 的寄存器狀態（暫停執行時，CPU 的暫存資料）。
舉例：當你暫停一個遊戲時，作業系統會把遊戲的狀態存到 PCB，等你重新開始遊戲時，PCB 的資料可以幫助遊戲從中斷的地方繼續運行。
以工廠來比喻，PCB 是像是「生產進度報告表」記載訂單資訊、生產狀態（待料、生產中等等）。
Context Switch 的運作方式
當 CPU 需要從執行一個 Process 切換到另一個 Process 時，會進行以下步驟：
- 保存當前 Process 的上下文（Context）
- 把這個 Process 的執行狀態存到 Process Control Block（PCB）裡，包括 CPU 的寄存器內容、記憶體位置、程序計數器（Program Counter，記錄下一條指令的位置）等。
- 切換到新 Process 的上下文
- 從新 Process 的 PCB 中讀取已保存的上下文，恢復它的執行狀態。
- 繼續執行新 Process
- CPU 開始執行新 Process 的指令，這樣看起來就像兩個程式在「同時運行」。
舉例：像寫作業被打斷
- 你正在寫作業（Process A）。
- 電話響了，你得接電話（Process B），所以你先把作業的進度記錄好（保存 A 的上下文）。
- 接完電話後，你看回作業進度（讀取 A 的上下文），然後繼續寫作業。
為什麼需要 Context Switch？
Context Switch 的存在是為了讓多個 Process 和 Thread 能公平分享 CPU 資源。例如：
- 你在聽音樂（Process 1）。
- 你同時用瀏覽器上網（Process 2）。
- 作業系統會快速在這兩個 Process 之間切換，讓音樂不會中斷，網頁也能即時顯示。
圖片來源：FANG Interview Question | Process vs Thread
Process state 行程狀態（Process state）
行程狀態（Process State）：程式是怎麼「跑起來」的？
圖片來源
AppWorks School Batch #16 Front-End Class 學習筆記&心得（Week 17）
Process 的運作就像我們做作業的流程：先準備資料、再執行計算，最後交作業完成。同樣，行程的狀態大致分為五種：New、Ready、Waiting、Running 和 Terminated。
五大狀態解釋
1. New（新生狀態）
新生狀態就像剛剛被老師分配作業的時候，還沒動手，只是程式剛開始被建立，還沒準備好運行。
例子：假設我們開啟了一個遊戲，這時候遊戲的程式還在載入，它的狀態就是 New。
2. Ready（準備狀態）
程式已經準備好了，資源也分配好了，就等 CPU 調度它去執行。
注意！
Ready 並不會直接到 Running！因為 CPU 會優先處理其他更急的任務。所以，Ready 的程式要先排隊進入 Waiting 狀態，等到時機成熟再執行。
例子：好比我們準備好了筆記本和筆，但老師（CPU）還在幫其他同學改作業，我們只能先坐著等。
3. Waiting（等待狀態）
到了這裡，有些同學可能會想：「老師，為什麼程式準備好還要等？」
原因是什麼？因為它還需要其他的條件才能執行！
例如：
- 它可能在等資料讀取完成（比如讀硬碟上的檔案）。
- 或者在等網路連線（像下載檔案時）。
等這些資源準備好，它才有機會進一步執行。
4. Running（執行狀態）
終於輪到這個程式了！CPU 開始執行它的指令。這時候，程式處於「工作進行中」的狀態，正式使用 CPU 資源。
例子：像是在玩遊戲的時候，CPU 一直處理你的操作指令，比如控制角色移動、戰鬥等。
5. Terminated（終止狀態）
當程式執行完畢，或因為其他原因被終止，程式就會進入這個狀態。它已經完成任務，釋放資源，從作業系統的排程中消失。
例子：遊戲結束，畫面關閉，程式完成它的使命。
Ready 為什麼不直接到 Running？來畫圖搞清楚！
行程的狀態變化，其實是有一定順序的：
New → Ready → Waiting → Running → Terminated- New → Ready：
程式剛建立，載入必要資料後，準備好等待執行。 - Ready → Waiting：
雖然 Ready 表示程式準備好了，但因為 CPU 資源有限，還需要等到它排到隊，才能進一步執行。 - Waiting → Running：
當程式的資源（如 I/O 資料）到位、CPU 空閒時，才會切換到 Running。 - Running → Waiting（有時候會這樣）：
如果程式在執行中需要其他額外資源，例如等待硬碟讀取，會暫時被中斷，重新回到 Waiting。 - Running → Terminated：
執行完成，或因錯誤而終止，正式結束。
小結一下！
Ready 不會直接跳到 Running，因為作業系統還需要進行「資源調度」和「等待」步驟，確保所有資源都到位，CPU 才能開始工作！
