Linux 进程概念

目录

冯诺依曼体系结构

操作系统(Operator System)

进程

首先什么是进程？

下面有三个理解 OS 和 进程 的示例

查看进程

通过系统调用创建进程 - fork

在fork之前，先说明什么是系统调用

查看当前所有进程信息

现在我们来创建子进程 -- fork（）

如何杀死一个进程

进程状态

看看Linux内核源代码怎么说

运行态

终止态

进程阻塞

进程挂起

对于Linux下进程状态的再讲解

R and S D

X dead

Z zombie 僵尸状态

模拟僵尸进程

长时间Z有什么问题

孤儿进程

T and t

进程优先级

PRI and NI

PRI vs NI

查看进程优先级的命令

其他概念

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最后是打鸡血环节：你只管努力，剩下的交给天意🚀 🚀 🚀  

先讲进程之前，先铺垫冯诺依曼体系结构和OS。

冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成

输入单元：包括键盘 , 鼠标，扫描仪 , 写板，键盘，网卡，磁盘等

输出单元：显示器，打印机，磁盘，网卡，显卡等

中央处理器 (CPU) ：含有运算器（算数运算）和控制器（逻辑运算）等

注意了，这里的存储器就是内存

对于为什么要有内存？

1. 技术角度

cpu的运算速度>寄存器的速度>L1-L3Cache>内存>>外设（磁盘）>>光盘磁带

数据角度：外设不和cpu直接交互，而是和内存交互，cpu也是

内存在我们看来，就是体系结构的一个大的缓存，目的是适配外设和cpu速度不均的问题

2. 成本角度

寄存器>>内存>>磁盘（外设）

因为计算机是蔓延世界的，所以内存相对合适

所以对于我们常听到了，我们自己写的软件，编译好之后要运行，必须要先加载到内存，这是体系结构所决定的！

PS：

几乎所有的硬件，只能被动的完成某种功能，不能主动的完成某种功能，一般都是要配合软件完成的（OS+CPU）

操作系统(Operator System)

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）

其他程序（例如函数库，shell程序等等）

重点：

操作系统是一款搞管理的系统软件

管理的本质就是对数据进行管理 

管理的核心理念：先描述，再组织（先定义结构，再用数据结构进行管理）

进程

首先什么是进程？

进程是运行起来的一个程序！

具体一点

进程 = 可执行程序 + 该进程对应的内核数据结构（PCB）

有了进程我们就要进行管理（也就是上面的内核数据结构）

就是我们熟悉的 PCB （进程控制块）

在Linux下就是 task_struct

task_ struct 内容分类

• 标示符: 描述本进程的唯一标示符，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[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
• 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

下面有三个理解 OS 和 进程 的示例

示例1：

 示例2：

示例3：

 

查看进程

1. 进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

proc：内存文件系统(当前系统实时的进程信息)

2. 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

ps axj  -- 查看进程最常用的  
a（all）x（差不多就是显示模板样式） j（job）

ps axj | grep ‘mytest’ | grep -v grep
grep -v （reverse） xxx  有xxx的都不匹配出来

通过系统调用创建进程 - fork

在fork之前，先说明什么是系统调用

首先OS为什么要给我们提供服务？因为设计出来就是为了给我们提供服务的（废话文学属于是），但是我们调用printf或者是cout向显示器去打印数据的时候，显示器是硬件，我们自己有权限去直接写进数据去硬件吗？那自然是没有的，所以我们就需要OS提供的接口，操作系统是通过系统调用，对外提供服务的！Linux操作系统是用C语言写的，这里所谓的“接口”，本质就是C函数， 也就是说我们的系统调用，就是调用了操作系统提供的C函数。

PS：Windows和Linux的系统接口是不一样的（比如工商银行和农业银行），但是我们调用的函数却是一样的？这就是很像多态，这也是平常说的代码的跨平台性。

再次回来，我们自己写的代码运行就是一个进程，那别人写的当然也是！

比如 ls pwd chgrp rm mkdir ....

所有的指令都是一个进程！
在  /usr/bin/  里面

查看当前所有进程信息

 然后我们发现了一个叫做pid的东西，这个就是进程id，相当于我们的学生证一样

man 2 getpid

 

 现在我们的程序运行起来了，并且有唯一标识pid

ppid就是当前进程的父进程的pid

我们来看看他的父进程的pid

 然后我们看一下26840是谁

 发现是bash，直接说结论了，几乎我们在命令上所执行的所有的指令（你的cmd），都是bash的子进程！

现在我们来创建子进程 -- fork（）

 

父进程返回子进程的pid，给子进程返回0，这是因为我们只需要知道子进程创建成功没有，对于父进程的pid我们没有必要知道，因为子进程的pcb里面有记录，找到成本低（getppid（））

fork之后，父子进程会共享代码，一般都会执行后续代码，fork之后父子进程返回值不同，可以通过不同的返回值，判断让父子执行不同的代码块！

因为fork之后是代码共享，所有会有两个返回值，对于子进程pcb的数据基本上是父进程那继承下来的，子进程的代码是和父进程执行同样的代码，也就是说

父子进程代码共享，数据独立（这个后面讲）。

如何杀死一个进程

1. 直接等他执行完毕

2. kill -9（信号量，后面讲） 4257(pid)

进程状态

看看Linux内核源代码怎么说

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 */
};

• R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，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): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。

• 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。
• 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 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

运行态

就是在运行或者在runqueue里面排队，都是叫做进程运行，代表着已经准备好了，随时可以调度。

终止态

该进程还在！，只不过是永远不运行了，随时等待被释放！

为什么还在是因为OS一定有时间里面进行释放。

进程阻塞

进程等待某种资源（非CPU），资源没有就绪的时候，进程需要在该资源的等待队列中进行排队，此时进程的代码没有运行，进程所处的状态叫做阻塞。

进程挂起

因短期不会被调度，所有只留PCB，代码和数据放回到磁盘（swap分区，操作系统管理的，临时做数据存储的），以此达到增加内存空间的目的。
PS：swap分区可以去查一下

（操作系统帮我们进行数据的辗转腾挪）

 

对于Linux下进程状态的再讲解

/*
* 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 */
};

R and S D

R就是运行态，S D 都是阻塞，一个是可中断S，一个是不可中断D，一般而言，Linux中我们等待的是磁盘资源，我们进程所处的状态就是D，因为怕OS进行中断后丢失数据！（服务器压力过大，OS是会终止用户进程的！）

X dead

就是死亡状态

Z zombie 僵尸状态

 

模拟僵尸进程

如果创建子进程，子进程退出了，父进程不退出，也不等待子进程，子进程退出后所处的状态就是Z。它不会自动退出释放所有资源，也不会被kill命令再次杀死。避免僵尸进程的产生采用进程等待(wait/waitpid)方式完成。

长时间Z有什么问题

如果没有人回收子进程的僵尸，该状态就会一直维护！该进程等待pcb就不会释放，就会产生内存泄露！一般要求父进程进行回收。

对于父进程回收，那为什么父进程退出没有Z而是直接没有了呢？

是因为父进程也是别人的儿子，就是bash去回收的！我们现在能看到我们自己的子进程的Z是因为我们写的代码里面没有去回收，后面讲。

孤儿进程

如果父进程提前退出，子进程还在运行，子进程会被1号进程领养！这个1号进程就是操作系统！孤儿进程运行在系统后台。

孤儿进程的产生一般都会带有目的性，比如我们需要一个程序运行在后台，或者我们不想一个进程退出后成为僵尸进程之类的需要。

守护进程&精灵进程

这两种是同一种进程的不同翻译，是特殊的孤儿进程，不但运行在后台，最主要的是脱离了与终端和登录会话的所有联系，也就是默默的运行在后台不想受到任何影响。精灵进程其实和守护进程是一样的，不同的翻译叫法而已，它的父进程是1号进程，退出后不会成为僵尸进程。

PS：

状态后面跟+号说明是前台进程，可以Ctrl+C 杀掉，但是没有+号就是后台进程，Ctrl+C杀不到，我们可以kill 9 n 杀掉

T and t

都是暂停的功能，比如追剧的暂停等，这两个其实是一样的，唯一的区别就是进程被调试的时候，遇到断点所处的状态，就是t。

进程优先级

首先优先级和权限的理解

权限是能不能的问题

优先级是能，然后是先后的问题

然后是为什么会存在优先级？
是因为资源不够，进程要竞争资源

PRI and NI

• PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高
• 那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值
• 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
• 这样，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
• 所以，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19，一共40个级别

PRI vs NI

• 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

查看进程优先级的命令

top，进入top后按“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属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级
• 独立性: 多进程运行，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，同时进行运行，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，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发

最后的最后，创作不易，希望读者三连支持💖

赠人玫瑰，手有余香💖