在現代計算機作業系統中，「多工」（Multitasking）已是基本功能，我們能同時聽音樂、瀏覽網頁、處理文件，這一切事情都歸功於操作系統對「進程」（Process, jìn chéng）的精密管理。進程是理解電腦運作、程式執行、系統效能的基石。
然而，它與「程式」（Program）、「執行緒」（Thread）等概念的界線時常令人混淆。本篇文將深入探討進程的本質，從其定義、結構、生命週期，到與其他核心概念的比較，為您建構一個清晰且完整的知識體系。
一、進程的基礎定義：從靜態到動態的蛻變
許多人會將「程式」與「進程」混為一談，但它們是截然不同的概念。
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程式 (Program)： 存放在硬碟等次級儲存裝置中的可執行檔，是由一組指令數據及其組織形式構成的。它是一個靜態的實體，就像一本食譜，其組織形式的描述詳細記載了烹飪的步驟和所需材料，但在被廚師閱讀並執行前，它本身不會產生任何動作。
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進程 (Process)： 當一個用戶程序被操作系統載入到記憶體中準備執行時，就產生了進程。進程是該應用程式的一次動態的執行實例。進程是操作系統進行資源分配和調度的一個基本單位。延續前面的比喻，的進程就像是廚師正在按照食譜進行烹飪的整個活動過程，這個運行活動會佔用廚房的空間（記憶體）、使用爐具（CPU）、拿取食材（I/O 裝置）。
一個程式可以同時產生多個進程。例如，您可以開啟兩個獨立的 Google 瀏覽器視窗，或開啟多個記事本，這時作業系統就會為 Chrome 這個程式建立兩個獨立的進程，它們各自擁有獨立的資源，互不幹擾。
二、進程的結構與核心特徵
作業系統為了管理進程，會為其建立一個包含完整資訊的實體。一個進程通常包含以下幾個部分（可參考相關圖片說明）：
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記憶體映像：
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文本區域 (Text Region)： 儲存處理器要執行的機器碼。
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資料區域 (Data Region)： 儲存全域變數和靜態變數。
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堆疊 (Stack)： 儲存函式呼叫時的指令、區域變數和返回位址。
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堆積 (Heap)： 用於儲存程式在執行期間動態分配的存儲器。
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作業系統描述符： 分配給該進程的資源控制代碼，如檔案描述符、網路連線通訊端 (Socket) 等。這是一種重要的數據結構。
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安全特性： 包括進程的擁有者、權限集等，用以控制進程可以執行的操作和存取的資源。
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處理器狀態 (Context)： 包含程式計數器 (Program Counter)、各類暫存器的內容等。當進程被切換時，這些處理器狀態會被儲存起來，以便下次輪到它執行時能恢復原狀。
基於上述計算機結構，進程展現出以下幾個關鍵特徵：
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動態性： 進程是程式的一次執行過程，有明確的生命週期，會動態地產生與消亡。
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獨立性： 每個進程都是一個能獨立運行的獨立單位，擁有自己獨立的虛擬位址空間和系統資源。一個進程的崩潰，在受保護的模式下通常不會影響其他進程，這體現了其獨立性。
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並發性 (Concurrency)： 在單核心 CPU 上，多個進程可以透過快速的時間片輪轉交替執行，給人一種「同時」運行的錯覺，這就是併發性；在多核心 CPU 上，多個進程可以實現真正的平行執行的。
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非同步性： 每個進程都按各自獨立、不可預知的速度向前推進，進程間的相互制約可能導致執行的間斷性。
三、進程的生命週期：五種基本狀態
一個進程從誕生到結束，會經歷一系列的狀態轉換。這些狀態描述了它當前的活動。
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新生 (New)： 進程正在被建立，作業系統已為其分配了必要的資源，但尚未準備好執行。
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就緒 (Ready)： 進程已獲得除了 CPU 之外的所有必要資源，一切準備就緒，正排隊等待被 CPU 調度執行。
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執行 (Running)： 進程的指令正在被 CPU 執行。在單核心系統中，任何時刻只會有一個進程處於此狀態。
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等待 / 阻塞 (Waiting / Blocked)： 進程因等待某個事件發生而暫時停止執行，例如等待使用者輸入、等待檔案讀寫操作完成或等待網路數據。即使 CPU 空閒，處於此狀態的進程也無法執行。
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結束 (Terminated)： 進程已完成執行或被終止，作業系統會回收其所佔用的資源。
這些狀態之間的轉換是不能隨意的。例如，一個正在執行的進程因為需要 I/O 操作而進入等待狀態；當 I/O 操作完成後，它會轉為就緒狀態，等待下一次 CPU 的排程，而不是直接返回執行狀態。
四、核心概念辨析：進程 (Process) vs. 執行緒 (Thread)
引入執行緒 (Thread) 是現代面向線程設計的作業系統的一大進步。如果說進程是資源分配的單位，那麼執行緒就是 CPU 排程的最小單位。在當代面向線程設計的計算機結構中，進程是線程的容器。
可以這樣理解：進程是工廠，執行緒是工廠裡的工人。
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資源歸屬： 工廠（進程）擁有土地、廠房、電力、原料等共享資源。所有工人（執行緒）共享這座工廠的所有資源。
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執行單位： 真正執行生產任務的是工人（執行緒），而不是工廠本身。一座工廠（一個進程）裡至少要有一名工人（一個主執行緒）。
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開銷與效率：
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建立一個新工廠（進程）的成本很高，需要申請土地、蓋廠房、配置資源。
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在現有工廠裡多招募一名工人（執行緒）的成本則低得多，因為工人可以直接使用工廠的現有資源。
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因此，建立執行緒的開銷遠小於建立進程，線程的上下文切換 (Context Switch) 也比進程切換快得多，因為它們共享同一個位址空間，無需切換頁表等複雜操作。
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多進程 (Multi-Processing) 就像開設多家工廠，適合執行多個獨立、不需頻繁通訊的任務。 多執行緒 (Multi-Threading) 則是在進程內部增加多名工人協同工作，適合處理一個複雜任務中的多個不同部分，例如一個文書處理軟體，可以用一個執行緒負責接收使用者打字，一個執行緒負責拼寫檢查，另一個執行緒負責自動儲存。
由於執行緒共享資源，這也帶來了挑戰：多個執行緒同時存取或修改同一個共享變數時，可能會引發競爭條件 (Race Condition) 或死結 (Deadlock)，需要透過鎖 (Lock)、信號量 (Semaphore) 等同步機制來確保資料的一致性和安全性。
五、兩岸術語與相關概念對照
由於電腦科學的發展和翻譯習慣的差異，部分核心概念在台灣與中國大陸有不同的稱謂。瞭解這些英詞差異有助於閱讀不同版本來源的技術文件，以下詞條可供參考。
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英文術語 |
台灣常用稱謂 |
中國大陸常用稱謂 |
說明 |
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Process |
程序、處理程序、行程 |
進程 |
指程式的執行實例，是資源分配單位。相關進程名稱衆多。 |
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Thread |
執行緒 |
線程 |
存在於進程中，是 CPU 排程的最小單位。 |
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Concurrent |
並行 |
併發 |
指在單一處理器上，透過快速切換任務，實現宏觀上的同時執行。 |
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Parallel |
平行 |
並行 |
指在多個處理器上，真正意義上地同時執行多個任務。 |
註：台灣對 "Concurrent" 和 "Parallel" 的翻譯較為混亂，有時會混用，但主流學術界與業界傾向以上述方式區分。建議以英文原文來記憶，以避免混淆，不同語言的表述可能造成理解困難。
常見問題 (FAQ)
Q1: 一個程式可以對應多個進程嗎？
A: 可以。這是非常常見的情況。例如，每當您開啟一個新的瀏覽器視窗或分頁（取決於瀏覽器設計），或開啟多個 Word 文件時，作業系統都可能會為同一個應用程式建立多個獨立的進程，以確保它們之間的穩定性與隔離性。
Q2: 為什麼說執行緒的切換比進程快？
A: 主要原因是資源共享。進程擁有獨立的記憶體位址空間。當作業系統切換進程時，需要切換整個記憶體對應關係（如頁表），並保存和載入大量的處理器狀態，這是一個資源密集的操作。而同一進程內的多個執行緒共享相同的記憶體空間，切換時只需保存和載入各自的執行堆疊和暫存器等少量狀態即可，無需變動記憶體管理單元 (MMU) 的設定，因此開銷小得多，速度也更快。
Q3: 在電腦中，「進程」和「行程」是同義詞嗎？
A: 這取決於語境。在台灣的電腦科學領域，「行程」 有時被用來指代英文的 "Process"，尤其在早期或某些非正式場合。然而，「程序」 或 「處理程序」 是更為學術和正式的譯法。在中國大陸，則統一使用 「進程」。為避免歧義，尤其是在跨區域交流時，建議明確其指代的是電腦科學中的 "Process" 概念。
Q4: 既然執行緒如此高效，為什麼還需要進程？
A: 進程提供了兩個執行緒無法替代的關鍵優勢：穩定性和安全性。因為進程擁有獨立的記憶體空間，一個進程的崩潰（例如記憶體存取錯誤）通常不會影響到其他正在運行的進程。如果所有任務都放在同一個進程的不同執行緒中，那麼任何一個線程的致命錯誤都可能導致整個進程（即整個應用程式）崩潰。因此，進程提供了一個堅固的「沙盒」，是構建穩定、可靠系統的基礎。
總結
進程是現代操作系統結構中一個至重要且基礎的概念。它不僅是程式從靜態代碼轉變為動態活動的載體，更是系統進行資源分配與管理的基石。理解進程的獨立性、生命週期以及其與執行緒的「容器」與「內容物」的關係，是掌握並發程式設計、進行系統效能調校、乃至於診斷軟體問題的關鍵。總而言之，進程為應用程式提供了一個獨立且受保護的執行環境，而執行緒則在此環境中實現了更輕量、更高效的並發執行，兩者相輔相成，共同構建了我們今日所見的強大而複雜的多工電腦世界。
