操作系统

要说进程必须先讲讲操作系统的问题。

1.操作系统概念&＃xff1a;任何计算机系统都包含一个基本的程序集合&＃xff0c;称为操作系统&＃xff0c;笼统的理解&＃xff0c;操作系统包括&＃xff1a;内核&＃xff08;进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理&＃xff09;其他程序&＃xff08;例如shell程序等等&＃xff09;

2.为什么要有操作系统&＃xff1f;
操作系统可以与硬件交互&＃xff0c;管理所有的软硬件资源&＃xff0c;并且给应用程序提供一个好的执行环境。

由此可见操作系统是对软硬件管理的&＃xff0c;而管理者与被管理者并不直接打交道。

所以进程也是由操作系统管理的&＃xff0c;而操作系统如何管理进程的呢&＃xff1f;

3.操作系统如何管理进程
操作系统管理进程的方法就两步&＃xff0c;简单的说&＃xff1a;①把进程描述起来②把这些描述的进程组织起来

进程

一、进程的基本概念
所谓进程就是一个正在执行的程序&＃xff0c;它占有着系统资源&＃xff08;CPU时间&＃xff0c;内存等&＃xff09;。

二、操作系统描述进程
进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中&＃xff0c;可以理解为进程属性的集合。这个集合也叫作PCB&＃xff0c;在Linux操作系统下它的PCB是&＃xff1a;task_struct

三、task_struct
task_struct是Linux内核的一种数据结构&＃xff0c;它会被装载到内存里并包含着进程的信息&＃xff0c;其内容有很多主要有&＃xff1a;

• 标示符&＃xff1a;描述本进程的唯一标示符&＃xff0c;用来区别其他进程。
• 状态&＃xff1a;任务状态&＃xff0c;进程不管在什么情况下都有其状态&＃xff0c;退出代码&＃xff0c;退出信号等。
• 优先级&＃xff1a;进程在运行的时候也是要遵循优先级顺序的。
• 程序计数器&＃xff1a;程序中即将被执行的下一条指令的地址&＃xff0c;类似于EIP的作用。
• 内存指针&＃xff1a;程序代码和进程相关数据的指针。
• I / O 状态信息&＃xff1a;包括显示I/O的请求&＃xff0c;分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表。
• 其他信息

四、Linux操作平台下组织进程&＃xff08;PCB&＃xff09;
所有运行在系统里面的进程都以task_struct双链表的形式存在内核里。

五、Linux操作平台下查看进程
进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹里面查看&＃xff0c;里面存储着各个进程的ID&＃xff08;进程的ID又叫做PID&＃xff09;

ps 命令 aux显示所有进程信息

六、初识 fork&＃xff08;&＃xff09;函数

我们先来看一下fork函数的作用&＃xff1a;

由此可以知道&＃xff0c;fork函数是产生子进程的函数&＃xff0c;他有两个返回值&＃xff0c;其中返回给父亲的是子进程的PID&＃xff0c;返回给子进程为0。并且在fork之后&＃xff0c;子进程与父进程共享一份代码&＃xff0c;但是数据各自私有一份。
写时拷贝&＃xff1a;当父子之间有一者尝试写入时两者共同进行。

一般在fork&＃xff08;&＃xff09;之后利用if语句来分流父子&＃xff0c;让父子分别执行不同的代码&＃xff0c;这样可以在有些情况下提高运行效率。

示例&＃xff1a;

七、进程的状态

• R&＃xff1a;运行状态&＃xff0c;并不意味着进程一定在运行中&＃xff0c;它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
• S&＃xff1a;浅度睡眠状态&＃xff0c;意味着进程在等待事件完成&＃xff0c;但是这个睡眠状态是可以被中断的。
• D&＃xff1a;磁盘休眠状态&＃xff0c;也叫作深度睡眠状态&＃xff0c;这个状态无法被中断&＃xff0c;在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
• T&＃xff1a;停止状态&＃xff0c;可以通过发送SIGSTOP信号给进程来停止进程&＃xff0c;这个被暂停的进程可以通过发送SIGCONT信号让进程继续运行。
• Z&＃xff1a;僵尸状态&＃xff0c;也就是进程在非正常运行结束以后&＃xff0c;这个进程的父进程需要去维护这个进程&＃xff0c;即读取这个进程结束的原因&＃xff0c;如果父进程一直不去维护&＃xff0c;不去读取&＃xff0c;那么这个进程就会变成僵尸进程&＃xff0c;僵尸进程会造成一定程度的内存泄漏。

八、孤儿进程
如果父进程提前退出&＃xff0c;那么子进程后退出&＃xff0c;进入僵尸状态以后那么该如何处理呢&＃xff1f;
如果父进程先退出&＃xff0c;那么这时候子进程就称作为“孤儿进程”&＃xff0c;如果系统发现孤儿进程&＃xff0c;那么这个时候孤儿进程被一号进程所领养&＃xff0c;并且如果孤儿进程退出&＃xff0c;由一号进程完成之前其父进程所要完成的任务即可。

九、进程优先级
我们之前说过进程在有R状态&＃xff0c;但是在R状态的进程不一定就在运行&＃xff0c;也有可能在排队&＃xff0c;因为进程在运行的时候会有优先级的判断&＃xff0c;这里优先级由PRI的值来表示&＃xff0c;PRI的值越低&＃xff0c;这个进程的优先级也就越高&＃xff0c;优先级越高的进程有先执行的权利。

在Linux系统中&＃xff0c;输入 ps -l 命令则会输出关于进程的 一些信息&＃xff0c;如下图&＃xff1a;

我们可以看到在最上面一栏里面有着各个列的信息&＃xff0c;这些信息分别代表着不同的含义。

• UID&＃xff1a;代表执行者的身份
• PID&＃xff1a;代表这个进程的ID号码
• PPID&＃xff1a;代表这个进程的父进程ID号码
• PRI&＃xff1a;代表这个进程的优先级
• NI&＃xff1a;代表进程的nice值
  上面前四个我们都已经接触到了&＃xff0c;就是最后这个nice值是什么意思呢&＃xff1f;

其实nice值带便进程可被执行的优先级的修正值&＃xff0c;nice值的范围是&＃xff08;-20~19&＃xff09;&＃xff0c;总共40个级别&＃xff0c;也就是说在Linux下我们的PRI最低到达60&＃xff0c;最高到达99。&＃xff08;大部分进程都是这样&＃xff09;

修改进程优先级的命令&＃xff1a;
nice、renice

启动进程前调整&＃xff1a;nice
nice -n -5 ./test 设置nice值为-5
调整已存在进程的nice&＃xff1a;renice
renice -5 -p 5200 将PID为5200的进程nice值设置为-5
用top命令更改已存在进程的nice值&＃xff1a;
进入top以后按r&＃xff0c;输入进程PID&＃xff0c;输入nice值即可

十、进程之间还有其他的特性
竞争性&＃xff1a;系统进程数目众多&＃xff0c;而CPU资源只有少量&＃xff0c;甚至一个&＃xff0c;所以进程之间是具有竞争属性的。
独立性&＃xff1a;多进程运行&＃xff0c;需要独享各种资源&＃xff0c;多进程运行期间互不干扰。
并行&＃xff1a;多个进程在多个CPU下分别同时进行运行&＃xff0c;这个称为并行。
并发&＃xff1a;多个进程在一个CPU下采用进程切换模式&＃xff0c;爱一段时间之内&＃xff0c;让多个进程都能够推进&＃xff0c;称之为并发。

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欢迎大家共同讨论&＃xff0c;如有错误及时联系作者指出&＃xff0c;并改正。谢谢大家&＃xff01;