Linux--进程冯诺依曼体系系统操作系统进程

冯诺依曼体系系统

我们常见的计算机，服务器大部分都遵循冯诺依曼体系

目前为止，计算机都是由一个个硬件组成

• 输入单元：键盘，鼠标，扫描仪，话筒，摄像头，网卡，硬盘等
• 中央处理器(CPU):运算器，控制器等
• 输出单元：显示器，打印机，音响，网卡，硬盘等
  

总结：
1、站在硬件角度&&在数据层面上，CPU只和内存打交道，外设只和内存打交道
2、数据要处理，必须预装载到内存中，局部性原理，由操作系统完成预装
程序要运行之前必须得先加载到内存中，为什么？
答：可执行程序 (文件)是在硬盘上(外设)

操作系统

概念：任何计算机系统都包含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，文件管理，驱动管理)

• 其它程序(函数库，shell程序等)
  设计OS的目的

• 与硬件交互，管理所有的软硬件资源

• 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境
  
  
  

总结

计算机管理软件

• 1、描述，用struct 结构体
• 2、组织，用链表或其他高效的数据结构

系统调用和库函数概念

• 在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用
• 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以开发者对部分系统调用进行封装，从而形成库，有了库，就更有利于开发者进行二次开发

进程

基本概念

• 概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
• 内核观点：担当分配系统资源(CPU时间，内存)的实体
  

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
• PCB(process control block),Linux下task_struct是PCB的一种
  

task_struct

• 在Linux中描述的进程结构体叫 task_struct
• task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程信息

task_struct内容分类

• 标示符：描述本进程唯一的标示符，用来区别其他进程 pid ppid
• 状态：任务状态，退出代码，推出信号等 STAT:S+:休眠 R+:运行 R:后台运行
• 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PC/EIP
• 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有其他进程共享的内存块指针
• 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：可能包括处理时间的总和，使用的时钟数的总和，时间限制，记账号等
  

问什么要有优先级？
答：CPU资源是有限的，进程可以有多个，进程需要进行优先级设置
如何理解进程排队？
答：PCB结构体排队

PCB以双链表的形式链接，所谓管理进程-》对链表的增删查改

前台进程

在Linux命令行中，只能有一个前台进程。
想要把前台进程变成后台进程：程序+&

删掉后台进程

$ kill -9 +pid的值

组织进程

可以在内核源代码里找到它，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

查看进程

进程的信息可以通过/proc系统文件夹查看

大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

1、找所有进程列表

$ ps aux

2、找指定文件的进程

$ ps aux | grep '文件名'

3、找出某个文件的n行进程

$ ps aux | head -n && ps aux | grep '文件名'

通过系统调用获取进程标识符

• 进程id(PID)
• 父进程id(PPID)

通过系统调用创建进程-fork初识

fork创建子进程，fork之前的代码被父进程执行。fork之后的代码默认被父子都可以执行

• 运行 man fork 认识 fork
• fork 有两个返回值 给父进程返回子进程的pid,给子进程返回0
  

• 父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份(采用写时拷贝)
• fork之后通常要用if 进行分流
  父子进程分流，“同时进行”
  
  

进程状态

一个进程可以有几个状态(在Linux内核里，进程有时候也叫任务)

• R 运行状态(Running)：进程不一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里
  

• S 睡眠状态(Sleeping)：进程在等待事件完成(睡眠有时候也叫可中断睡眠)，随时可以被唤醒/杀掉

• D 磁盘休眠状态(Disk Sleep)：有时候也叫不可中断睡眠，在这个状态的进程通常会等到IO的结束，不会被杀掉，即使是操作系统；自动唤醒，才可以恢复

• T 停止状态(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，不会在任务列表里看到

进程状态查看

$ ps aux /ps axj

Z(zombie):僵尸进程

• 僵死状态(zombie)：当进程退出并且父进程(使用wait()系统调用)没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死进程
• 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
  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
  进程退出，在系统层面，曾经申请的资源并不是被立即释放，而是要暂存一段时间，供OS(父进程)进行读取

echo $?

• 命令行中，最近一次进程退出时候的退出码
  
  进程退出的信息(退出码)，会暂时保存(task_struct),如果没人读取，此时，该task_struct相关数据不会被释放

$ while :; do ps aux | head -1 && ps aux | grep myproc;echo"##############"; sleep 1 ; done

僵尸进程的危害

• 进程的退出状态必须被维持下去，因为需要告诉父进程状态。如果父进程一直不读取，那子进程一直处于Z状态
• 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_sturct(PCB)中，Z状态一直不退出，PCB一直需要维护
• 父进程创建子进程，不回收就会造成内存资源的浪费。因为数据结构对象本身就要占用内存
• 会造成内存泄漏

孤儿进程

• 父进程如果提前退出，子进程就称为"孤儿进程"
  

进程优先级

• CPU资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权
• 优先权高的进程有优先执行的权力。配置进程优先权对多任务环境的Linux很有用，可以改善系统性能
• 可以把进程运行到指定的CPU上，这样可把不重要的进程安排到某个CPU，可以改善系统整体性能

查看系统进程

在Linux和Unix系统中，用 ps -l 命令(只能查看当前Xshell登录的进程)

• UID：代表执行者的身份
• PID：代表这个进程的代号
• PPID：代表这个进程的父进程的代号
• 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：代表进程的nice值

PRI和NI

• PRI是进程的优先级，或是程序被CPU执行的先后顺序，值越小，优先级越高
• NI：nice值，表示进程可被执行的优先级的修正数
• PRI越小越先执行，加入nice值后，PRI(new)=PRI(old)+nice
• nice 为负时，优先级值变小，优先级变高，会被越快执行
• nice取值范围是 -20~19
  Linux下，调整进程优先级，就是调整nice值

查看进程优先级的命令

用top命令更改已存在的进程

• top
• 按r->输入进程PID->输入nice值
  
  
  

其他概念

• 竞争性：系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便有了优先级
• 独立性：多个进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰
• 并行：多个进程在多个CPU下分别，同时运行，这称之为并行
• 并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程得以推进，称之为并发

最后

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