1 程序和进程
- 程序,是指编译好的二进制文件,在磁盘上,不占用系统资源(cpu、内存、打开的文件、设备、锁…)
- 进程,是一个抽象的概念,与操作系统原理联系紧密。进程是活跃的程序,占用系统资源。在内存中执行。(程序运行起来,产生一个进程) 程序 →
剧本(纸) 进程 → 戏(舞台、演员、灯光、道具…) - 同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样,同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)
如:同时开两个终端。各自都有一个bash但彼此ID不同。
2 并发
- 并发,在操作系统中,一个时间段中有多个进程都处于已启动运行到运行完毕之间的状态。但,任一个时刻点上仍只有一个进程在运行。
- 例如,当下,我们使用计算机时可以边听音乐边聊天边上网。 若笼统的将他们均看做一个进程的话,为什么可以同时运行呢,因为并发。
3 单道程序设计
- 所有进程一个一个排对执行。若A阻塞,B只能等待,即使CPU处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现时必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理,在计算机发展历史上存在不久,大部分便被淘汰了。
4 多道程序设计
- 在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,它们在管理程序控制之下,相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。
- 时钟中断即为多道程序设计模型的理论基础。 并发时,任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出cpu资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障,对进程而言不可抗拒。
操作系统中的中断处理函数,来负责调度程序执行。 - 在多道程序设计模型中,多个进程轮流使用CPU(分时复用CPU资源)。而当下常见CPU为纳秒级,1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级,所以看似同时在运行。
- 1s = 1000ms, 1ms = 1000us, 1us = 1000ns 1000000000
实质上,并发是宏观并行,微观串行!
5 CPU以及MMU
MMU完成两大功能:1.虚拟地址到内存地址的地址变换;2.设置修改CPU对内存的访问级别
我们知道,每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息,Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。
/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h
文件中可以查看struct task_struct 结构体定义。其内部成员有很多,我们重点掌握以下部分即可:
- 进程id。系统中每个进程有唯一的id,在C语言中用pid_t类型表示,其实就是一个非负整数。
- 进程的状态,有就绪、运行、挂起、停止等状态。
- 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
- 描述虚拟地址空间的信息。
- 描述控制终端的信息。
- 当前工作目录(Current Working Directory)。
- umask掩码。
- 文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针。
- 和信号相关的信息。
- 用户id和组id。
- 会话(Session)和进程组。
- 进程可以使用的资源上限(Resource Limit)。
7 进程状态
进程基本的状态有5种。分别为初始态,就绪态,运行态,挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段,常与就绪态结合来看。