进程概念

一、计算机结构
在要了解进程之前，需要先对计算的组成有一个大概的了解，这对于我们理解进程，有着很大的帮助。
在现在的计算机中，大多采用冯诺伊曼体系结构，在冯诺伊曼中，主要有以下几个部件。

这里需要注意一下几点：
- 这⾥里的存储器指的是内存
- 不考虑缓存情况，这⾥里的CPU能且只能对内存进⾏行读写，不能访问外设(输⼊入或输出设备)
- 外设(输⼊入或输出设备)要输⼊入或者输出数据，也只能写⼊入内存或者从内存中读取。一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
目前，在我们的世界中，计算机都是由一个个的硬件组成的

• 输⼊入单元：包括键盘, ⿏鼠标，扫描仪, 写板等
• 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
• 输出单元：显⽰示器，打印机等
  二、操作体统的理解
  1、概念
  任何计算机系统都包含⼀一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：
  内核（进程管理，内存管理，⽂文件管理，驱动管理）
  其他程序（例如函数库，shell程序等等）
  2、操作系统的目标
  操作系统（Operator System）是控制应用程序执行的程序，并充当应用程序和计算机硬件之间的接口，主要有以下三个目标：
  （1）方便
  （2）有效
  （3）扩展功能
  3、设计操作系统的目的
  与硬件交互，管理所有的软硬件资源
  为⽤用户程序（应⽤用程序）提供⼀一个良好的执⾏行环境

通过上面即可得出，操作系统就是一款“搞管理”的软件，对下，通过驱动程序管理硬件设备，对上，通过系统调用接口实现各种命令与软件的调用。

总结起来就是：计算机管理硬件
1. 描述起来，用struct结构体
2. 组织起来，用链表或其他高效的数据结构

三、进程
1、基本概念
课本概念：程序的⼀一个执⾏行实例，正在执⾏行的程序等
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。
其他定义：
a正在执行的程序
b正在计算机上执行的程序实例
c能分配给处理器，并且由处理器执行的实体
d具有以下特征的活动单元：一组指令序列的执行，一个当前状态和相关的系统资源集
2、描述进程—–PCB
- 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
- 课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct
- 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
- task_struct是Linux内核的⼀一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)⾥里并且包含着进程的信息。
3、task_ struct内容分类
在进程执行时，任意给定一个时间，进程都可以唯一的被表征为以下元素。
- 标示符: 描述本进程的唯一标示符，⽤用来区别其他进程。
- 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
- 优先级: 相对于其他进程的优先级。
- 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
- 内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
- 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据
- I／O状态信息: 包括显⽰示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。
- 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
- 其他信息

进程控制块如下所示：

上面的进程控制块由操作系统创建和管理。进程控制块是操作系统能够支持多进程和提供多处理的关键工具。
当进程被中断时，操作系统会把程序计数器和处理寄存器（上下文数据）保存到进程控制块的相应位置，进程状态也被改变为其他的值。
因此，可以说进程是由程序代码和相关数据还有进程控制块组成。
4、组织进程
所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核⾥里。
5、查看进程
（1）在根目录下，在/proc这个文件中可以查看

（2）利用ps aux

利用ps aux查看进程，可以知道所有进程的各种信息。
（3）查看系统的pid

 #include <sys/types.h>
 #include <unistd.h>
 pid_t getpid(void);//获得子进程的进程标识符
 pid_t getppid(void);//获得父进程的进程标识符

6、进程的创建
当一个新进程添加到那些正在被管理的进程集合中去时，操作系统需要建立用于管理该进程的数据结构，并在内存中给他分配地址空间。
一个应用程序进程可以产生另一个进程，以接收应用程序产生的数据，并将数据组织成合适以后分析的格式。新进程与应用程序并行的运行，并得到新的数据时被激活。
当一个进程派生另一个进程时，前一个称作父进程，被派生的进程称作为子进程。
创建父进程fork()

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
//返回值pid_t类似于无符号的整形，且返回值有两个，子进程创建失败，返回-1，创建成功，子进程返回0，父进程返回大于0的值即可

7、进程终止
向操作系统发送某种信号，从而终止正在运行或者睡眠的进程，操作系统中提供以下信号：

通过上面可知，9号信号可以杀死一个进程，如下所示：

8、进程的五种状态

说明：
运行态：该进程正在执行，例如，假如计算机只有一个处理器，因此一次最多只有一个进程处于运行态
就绪态：进程做好准备，只要有机会就开始执行
阻塞/等待态：进程在某些事件发生前不能执行，例如I/O操作完成
新建态：刚刚创建的进程，操作系统还没有把他加入到可执行进程组中。通常是进程控制块已经创建但还没有加载到内存中的新进程。
退出态：操作系统从可执行进程组中释放出的进程，或者是因为他自身停止 ，或者是因为某种原因被取消。

四、进程状态

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。 下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
 * The task state array is a strange "bitmap" of
 * reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
 * you can test for combinations of others with
 * simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

几种状态的分析：
* R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运⾏行中，它表明进程要么是在运⾏行中要么在运行队列里。
* S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这⾥里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。进程任然在执行代码，只不过这里的代码是睡眠状态的代码，这种睡眠状态可以响应常规的控制信息和状态信息。
* D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。这是一种特殊的睡眠状态，且外界因素不可将其唤醒，这个状态不可以通过发送信号将其杀死，通常在I/O时发生。好比你永远无法叫醒一个装睡的人。
* T停⽌止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进 程可以通过发送SIGCONT 信号让进程继续运行。
* X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。

2、进程状态的修改
编写一个死循环的代码，从而利用ps命令查看进程的状态，如下所示：

从上面我们可以知道，通过向进程发相应的信号，从而可以改变进程的状态，现在我们将进程的状态改为僵尸状态，首先先了解一下什么事僵尸状态以及僵尸状态的危害
程序退出的几种情况
子进程正常退出，代码执行完成且结果正确
子进程正常退出，代码执行完成但是结果不正确
子进程异常退出。
因此父进程就需要知道子进程的任务到底完成的如何，因此就需要回收子进程的状态，如果长时间不进行回收，则子进程就会形成僵尸状态。
僵尸状态的形成：
* 僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
* 僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态。
僵尸状态的危害：
* 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态
* 维护退出状态本⾝身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB⼀一直都要维护
* 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构对象本⾝身就要占用内存，想想C中定义⼀一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！
* 因此，总结上面可知，僵尸进程如果一直不被回收，则就会发生内存泄漏的问题。
创建僵尸进程，子进程退出，但是父进程还没有回收资源，则就会形成僵尸进程。如下所示：

可以通过让子进程先退出的形式形成其他状态，当然，也可以通过向指定进程发送信号的形式从而形成僵尸进程，如下所示：

最后，在这里，还要讨论一下有关睡眠态与暂停态的区别：
睡眠态：睡眠，意味着他还执行着与其相关的进程，而对于暂停态，就意味着，什么都不干，就只是停到那块，什么也不干，等着发送相关的信号，将其变为之前的状态。
至此，值得关注的进程状态全部讲解完成，下面来认识另一种进程

现在让我们在了解一个带有负能量的进程，孤儿进程
孤儿进程的形成
* 父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
* 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
* 孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽。这里的1号进程一般为操作系统。
* 如果孤儿进程不被回收，则最后也容易造成内存泄漏。
下面，让我们来演示一下孤儿进程，当然，在这里我们看不到其状态，只能通过子进程被1号进程回收，从而验证，如下所示：

上面，介绍完了进程的各种状态以及进程状态的修改，这是我们在今后的学习有着至关重要的一步，因此，希望上面的内容可以帮助到大家。进程，是运行在操作系统上的程序，操作系统上当然不止一个程序，各个程序之间的运行，需要占据CPU的资源，因此，各个进程之间就有竞争的关系，但是有的进程在整个程序中又有着至关重要的作用，因此，下面我们将介绍另一个概念，进程优先级。
五、进程优先级
1、基本概念
* cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
* 优先权高的进程有优先执⾏、行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有⽤用，可以改善系统性能。
* 还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。这种情况对于多核的情况下。
2、查看进程的优先级

根据上面，我们可以注意到以上画出来的信息是我们从来都没有见过的，现在，我们来解释一下这些名词：
* UID : 代表执行者的身份
* PID : 代表这个进程的代号
* PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
* PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
* NI ：代表这个进程的nice值
从上面的图我们也可以看出，PRI与NI 的值都默认为80和0，因此，一个系统默认的优先级即为80，有了这些值，当然就要进行修改，现在，让我们来看一下修改的方式：
PRI and NI
* PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice
* 当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行


总结：调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值
nice其取值范围是-20⾄至19，一共40个级别。
需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据。
总结：
* 启动进程前调整: nice
开始执行程序就指定nice值: nice -n -5 ./test
* 调整已存在进程的nice: renice
renice -5 -p 5200 //PID为5200的进程nice设为-5
* 用top命令更改已存在进程的nice：
top
进⼊入top后按“r”–>输⼊入进程PID–>输⼊入nice值
对于这些修改优先级的方法，这里就不一一演示了，大家有兴趣的话，可以自己来演示。

有关进程的基础知识，大概就这么多了，下一次，我们将对进程做进一步的分析，希望大家可以监督。

只有不停的奔跑，才能不停留在原地！！！

最后

以上就是洁净蜜粉为你收集整理的进程概念的全部内容，希望文章能够帮你解决进程概念所遇到的程序开发问题。

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