我们将从什么是线程（Thread）开始讨论，线程会完整地描述一个程序状态或者一个线性执行上下文，它会有一个程序计数器，寄存器，执行标志，线程栈等等。然后是地址空间（Address Space），这是程序可访问的一组内存地址。然后我们会介绍什么是进程（Process），进程包括地址空间以及一个或者多个线程。最后，我们将讨论在这门课的前期特别重要的硬件机制也就是双模式操作（dual mode operation），即一个典型的处理器至少有两种不同的模式，我们可以松散地称之为内核模式（Kernel mode）和用户模式（User mode）。 
我们要学习如何编写和编译程序成为可执行文件，然后从文件系统中取出这些可执行文件后，建立运行的进程，文件被加载到内存中，我们会详细讨论那个进程运行需要提供的栈和堆。然后是转移控制（Transfer Control），意思是处理器的程序计数器将会指向该进程的用户代码中的指令，然后程序就会开始执行。操作系统需要给这些进程提供各种系统服务，同时操作系统需要保护操作系统和进程不受其他进程和其他用户的影响。 
我们来回忆下 CS61B + CS61C 课程的内容： 处理器一开始有一个程序计数器（PC，Program Counter），还有一个可以读取的内存（Memory），内存里面有一组指令（Instruction）。程序计数器会指向内存中的指令，让处理器读取下一条指令。我们把指令从内存中拉出来，解码，然后把它输入到执行流水线中。我们在 CS61C 中经常谈论的是一种风险类型的处理器（risk style processor），有五个执行流水线。解码后，它们会输入一组寄存器和 ALU 来进行实际操作，然后递增程序计数器并继续下一条指令。
我们的第一个操作系统概念是一个控制线程（Thread of Control），线程实际上是一个唯一的执行上下文，它有程序计数器，寄存器，执行标志，线程栈，内存状态。线程就像上一张幻灯片中你看到的处理器的虚拟版本。一个线程正在处理器或核心上执行，顺便说一下，我现在混用处理器和核心这两个概念，后面我们就能更清楚地理解这两个概念的区别。但它是在处理器寄存器中常驻（Resident）时才会执行的。寄存器中有线程的上下文（Context）或根状态（Root State），有些东西在寄存器中，剩下的在内存中：
这是一组地址，我们稍后会把它叫做地址空间，从 0 到 2^32 -1。里面有一组将要执行的指令，粉色的是你的处理器。进程有一个与之相关的保护状态，处理器包括寄存器和流水线的集合，我们的执行序列（Execution Sequence）包括：在程序计数器上获取一条指令，解码它，执行它，写回寄存器，获取下一条指令，并重复这个执行循环。
让我们假设只有一个物理处理器上只有一个核，在任何给定的时间在硬件上只有一个执行线程。但现在我们想要的是有多个cpu，或者说是多个cpu同时运行的假象，所以我们可以有多个线程同时运行。从程序员的视图来看是，我有一堆东西都在运行，它们都共享内存。 每个线程是一个虚拟核心，我们这里有三个线程，品红色线程，青色线程以及黄色线程，造成他们同时运行的错觉的方式是通过我们多重复用硬件，我们运行一段时间的品红色线程，然后运行一会青色线程，然后运行一会黄色线程，以此循环。 线程的内容包括什么？显然，每个线程都需要一个程序计数器和一个堆指针，还有所有寄存器状态。如果线程在运行中，寄存器状态就在处理器的寄存器中；如果不在运行中，这些状态就在内存中，被称为线程控制块（TCB，Thread Control Block）
在 T1 的时候 vCPU1 在运行，在 T2 的时候 vCPU2 在运行，在 T1 和 T2 时，发生了上下文切换（Context Switch），在底层是一个事件，我们把所有的程序计数器，栈指针，所有其他寄存器都保存在内存中的对应线程控制块中。我们从 vcpu2 加载程序计数器、堆栈指针等，然后运行 vcpu2。
它是一组可访问地址和与之相关的状态，这只是处理器对可用地址的视图。对于 32 位处理器，可以访问的地址空间是 2 的 32 次方大约是 40 亿，对于 64 位的处理器，2 的 64 次方是 18 万亿。但是这并不是说所有的空间里都有对应的物理 DRAM 内存可以使用，只有一部分有对应的物理 DRAM。 当你读或写一个地址空间中的地址时，也许它像普通内存一样运行，或者完全忽略写入操作；或者可能是系统导致一个I/O操作发生，这被称为内存映射 I/O；或者它可能会导致异常，如果你试图在我这里展示的栈和堆之间的某个地方读或写是可以的，但是如果没有物理内存分配给这个进程，就会出现页面错误（Page fault）；或者写入内存的行为是为了与另一个程序通信。 
操作系统必须保护自己不受用户程序的影响，这样做有很多原因：
地址实际上是在动态转换的，所有的地址其实是一个偏移量，操作系统记录每个进程的内存基址（Base Address），之后加上这个偏移量就是实际的物理内存地址。
进程实际上是一个权利受限的执行环境，我们讲过，简单的虚拟线程有这样的问题，每个线程都能访问每个线程的内存，内存翻译机制可以保护我们可以访问的内存，即一个受保护的内存块。它被操作系统中的一个实体独占，这个实体叫做进程。它包括一个受限的地址空间和一个或多个线程，它拥有一些文件描述符和文件系统上下文。
这是一个单线程的进程还有一个多线程的进程。对于单线程的进程，只有一组寄存器还有栈内存。对于多线程的进程，代码段，数据，文件是共享的，但是每个线程有独立的寄存器还有栈。当我们从一个线程切换到另一个线程时，为了给人一种多处理的错觉，我们需要从第一个线程切换出寄存器，这样我们就能从第二个线程把它们加载回来。
这是一个典型的Unix系统结构中各个模式分别包含什么的表格：
举个例子，我们有硬件有内核模式和用户模式。硬件可能会 exec 创建一个新进程。用户模式下的系统调用会进入内核模式，执行完操作后返回用户模式。中断可能导致用户模式进入内核，然后可能检查硬件比如 I/O 就绪，最终从中断中返回。在你除以零或者发生一个页面错误，会发生一个异常，导致进入内核模式，然后最终返回。
我会经常发一些很好的各种框架的官方社区的新闻视频资料并加上个人翻译字幕到如下地址（也包括上面的公众号），欢迎关注：
应用实践｜Lifewit 数据平台基于Apache Doris的建设实践
导读：近几年随着跨境电商行业的快速发展，Lifewit 业务达到近十倍的增长，原先的痛点已经严重影响到用户的数据使用体验。技术端需要随着业务的飞速发展不断升级迭代适应业务的增长。Lifewit 规划了从旧数据架构进化成目前基于 Apache Doris 构建的轻量级业财一体化数据平台，来系统化地解决旧架构存在的痛点，打通业务数据和财务数据，构建综合数据平台提供全业务链自助数据分析能力，支撑完善的数据报表体系和高效的数据分析。 作者｜Liftwit 技术中心 陈圣强 江作家 业务背景 Lifewit 是一家专注于打造全球创新家居场景品牌的企业，通过自主研发、自主设计、品牌策划、技术驱动、垂直供应链、数字化人力资源形成一套“六位一体”化的特色经营体系。Lifewit 拥有自主的 B2C 品牌商城，深耕 Amazon 平台，同步入驻全球潜力电商平台，销售市场已覆盖全球上百个国家，服务上千万全球客户。 在我们业务场景中，数据大多来源于各个平台报表和各个业务系统产生的数据，旧架构直接基于关系型数据库构建报表数据，数据源系统多而复杂，还经常发生变化；复杂计算缺少分层建设导致拖垮从库；ETL 存在多...
