Linux：进程（概念）

进程的概念

• 字面上: 运行中的程序.(我们写的代码运行起来,就算一个进程了)
• 底层上: PCB + 代码和数据 + 空间资源(虚拟内存,页表,物理内存)
  • PCB:操作系统通过其对程序进行管理(对数据的管理,先对其抽象,再使用数据结构管理)
  • 虚拟内存:使得同时运行的程序不互相干扰
• 特点: 承担分配系统资源的基本实体(资源分配的基本单位)

PCB:记录了其相关的属性,如:内存指针,上下文数据等

冯诺依曼计算机结构: 程序要运行是要在CPU上跑的, CPU与内存交互, 先将程序加载到内存中

进程的状态

1.状态

• 新建：字面意思
• 运行：task_struct (Linux下的PCB)在运行队列中排队，就叫做运行态
• 阻塞：等待资源就绪, 就叫阻塞状态,挂在等待队列中.其它设备也有阻塞队列,如键盘
• 挂起：当内存紧张时,OS通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘

2.Linux下的状态

进程：前台进程 和 后台进程（&）（不会影响命令行交互）

• R：运行态
• S：阻塞态       (可中断睡眠）
• D：睡眠状态 （磁盘睡眠/深度睡眠 不可被被动唤醒）                                                      
• T：暂停状态    (调试状态)
• X：终止 （死亡） 瞬时性非常强（当前资源可以被回收）
• Z：僵尸状态(一个进程已经退出，但还是不允许OS释放，处于一个被检测的状态)

3.僵尸进程与孤儿进程

僵尸进程: 一个子进程退出,但资源还未释放, 处于被检测状态.

• 问题:内存泄漏

孤儿进程:父进程比子进程先退出,处于无人看管状态

• 一般OS会自动领养, 程序结束资源自动释放

父进程: 一般都是要回收子进程的. 是其通过fork创建的, 让其执行其它命令,一般会关系执行的结果

进程的优先级

概念

• PRI ：进程被执行的优先级，其值越小越早被执行(60 ~ 99)
• NI ：代表这个进程的nice值 (-20 ~ 19)

操作

• ps -al : 查看优先级

• top + r ->输入进程pid -> 输入nice值

原因

• 资源是有限的

环境变量

1.概念: 环境变量是一种文本数据(一般是某些程序的路径) 

• 环境变量默认在系统的配置文件当中
• 默认我们所查到的环境变量是内存级的

2.功能: 告诉bash某些程序的路径

3.常见的环境变量

• PATH: 指定命令的搜索路径
• HOME: 用户主工作目录路径
• SHELL: shell路径(一般是usr/bin)

4.操作

• env : 显示所有环境变量
• echo $xxx 查看指定的环境变量
• export name=xxx 导入环境变量(覆盖)
• unset name : 取消环境变量

5.补充

• bash : 命令解释器, 用来执行用户的指令(创建子进程执行), 帮助用户使用OS
• bash的启动: 会将环境变量加载到自己的上下文中(所以执行ls等指令的时候可以不带路径)
• bash执行的指令
  • 内建指令(bash自己完成不需要路径) 外建指令(需要环境变量告知路径)
• bash子进程的运行
  • 生成argv表(命令行参数): 来自用户, 将某些数据传递给子进程(如某些指令的选项 -a等)
  • 生成envc表(环境变量): 来自OS

6.获取环境变量的方式

• extern char** environ;
• 命令行参数
• 调用函数: getenv("path");

地址空间

虚拟地址空间：一种数据结构

为什么要有地址空间？

• 进程的独立性：
  • 通过虚拟地址空间与页表来实现，每个进程认为自己独享内存4G(32).通过页表能将其映射到不同区域上,来实现互不干扰
  • 让进程以统一的角度看待物理内存(各种区域的层次划分: 栈, 堆, 数据段, 代码段等)
  • 让进程以有序的方式看待自己的运行区域(页表的映射修正, 物理内存不连续, 虚拟连续)
  • 让进程模块的管理和内存模块的管理解耦
• 有效的保护内存：凡是非法的访问或者映射,OS都会识别到,并终止你这个进程
• 提高资源利用率：当你要写入数据的时候 OS 才帮你申请物理内存.

可执行程序的理解

1 .exe就是一个文件
2 可执行程序是按照地址空间方式进行编译的
3 可执行程序,按照区域被划分为了以4KB为单位(页帧)
//物理内存也以4KB为单位进行划分(页框)
//IO的基本单位是4KB,IO的时候:将页帧装进页框里
//OS使用struct Page来管理这些4KB

描述地址空间的数据结构

struct vm_area_struct Linux 内核中用于描述虚拟内存区域的结构体
主要包含以下字段：
unsigned long vm_start：虚拟内存区域的起始地址
unsigned long vm_end：虚拟内存区域的结束地址
struct vm_area_struct *vm_next：指向下一个虚拟内存区域的指针
struct vm_area_struct *vm_prev：指向上一个虚拟内存区域的指针
...

缺页中断

当程序试图访问虚拟内存中的一个页，但是该页不在物理内存中时，就会发生缺页中断。操作系统会响应这个中断，将需要的页从辅助存储（如硬盘）中加载到主内存中，然后重新执行产生中断的指令。

页表的映射

进程的调度

Linux系统

• 分时操作系统: 拆分为时间片
  • 活动队列: 只出不进(出以及跑完时间片的进程)
  • 过期队列: 只进不出(进新来的进程)
  • 最后活动队列为空, 过期队列累计进程, 进行指针交换. 循环往复
• 实时操作系统: 每个进程必须跑完