【linux进程(五)】进程间切换以及环境变量问题

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1. 前言

掌握了前面文章中
Linux进程相关的内容后,
本篇文章将进行一些实践
包括自制计算器,自己写bash指令等

本章重点:

本篇文章着重讲解Linux是怎样进行
进程间切换的,并且拓展内核2.6版本
的进程运行实例.紧接着讲解main函数
的两个参数以及含义后,自我实现一个
计算器和touch指令,最后讲解环境变量
的基本概念和查看方式!

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2. 进程间切换

我们知道一个事实,CPU在调度进程时
并不是一个进程一直在占用CPU资源
它过段时间会被取下来放入其他进程
所以这中间肯定存在进程切换这一过程

两个问题:

1. 没运行完的进程数据后来去哪儿了?
2. 当一个进程被取下时
它在CPU的数据是否会被删除?

第一个问题

很明显,当一个进程在没运行完的
情况下被取下时,肯定会保存一个
信息,那就是当前进程运行到哪儿了?
和C语言的代码相似,当前代码运行
到哪儿了系统是怎么知道的?请看下图:

所以其实在进程运行时,是会使用到
这些寄存器的!进程产生的各种数据
会在寄存器中进行临时保存!

进程在切换时会不断对自己的数据
进行保存(被取下时)和恢复(重新运行时)
当进程进行保存时是保存寄存器中的数据
而不是寄存器本身,并且这些数据会被保存
至一个进程的PCB当中!
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第二个问题:

事实上,一个进程被取下来时
CPU并不会删除它的临时数据
而是当下一个进程被放入时,用
下一个进程的数据将上一个进程
的数据覆盖了!

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3. Linux2.6内核进程调度队列

注意,这部分是选学,有余力的同学可以看看

请看下图(着重看红框和篮框)

我们着重讲解活跃进程和过期进程的交互!

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3.1 活跃进程

首先知道一个事实,Linux中的进程
优先级范围是60~99总共40个等级
其次,运行队列中分活跃进程组和
过期进程组,这个后面再说它们的功能
先来看活跃进程的queue:

CPU在运行时会从上到下扫描队列
若此位置不为空就去运行它指向的PCB
若为空就往后走找优先级最高的进程!

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3.2 过期进程

现在有一个问题:当一个优先级为90的
进程正在运行,但是此时突然多了一个优
先级为80的进程,那么这个多加入的进程也
是放入活跃队列中和其中的进程抢占资源吗?

事实上并不会,因为如果有很多优先级很高
的进程不断加入进来,内些原本优先级比较
低的进会迟迟得不到CPU的资源,会进程饥饿!
所以新加入进来的进程会被放进过期队列中!
和活跃进程一样也是按照优先级排列!

它的原理请看下图:

那么当活跃队列中的进程被调度完了
此时CPU是去过期进程调度吗?

答案是不!系统直接使用swap()函数
将活跃进程和过期进程的内容交换
CPU还是在处理活跃队列的进程!

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4. main函数参数–命令行参数

main函数其实是有参数的,本篇文章
我只介绍main函数的两个参数

int main(int argc , char* argv[]);
这两个参数又被称为命令行参数
argv是一个数组,指向的元素类型是char*
也就是说argv是一个字符串数组
argc代表这个数组的元素个数!
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现在我们并不知道这个数组中
存放的是什么字符串,但是可以写个
代码验证一下,既然知道数组名和元素个数
那么我们就可以通过打印的方式来查看

#include      
int main(int argc,char* argv[])    
{    
    int i=0;                                                                                                                                                            
    for(i=0;i<argc;i++)    
    {    
        printf("%d: %s\n",i,argv[i]);    
    }    
    return 0;    
}   
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通过下面的视频观察现象:

可以发现一个问题:

当我们运行可执行程序a.out时
它会打印0: ./a.out.当我们以空格
为分割在./a.out后面继续输入字符串时
并且输入的是随机字符串,它会以空格
为分割,分别打印出数组中下标为0,1,2
的字符串,这些输出的字符串正是我们输入的!

看下图得出结论:

注:将命令行输入的字符串放入argv数组是OS干的!

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5. 利用main函数参数实现简易计算器

既然main函数参数可以读到命令行
中输入的字符串,所以可以用代码实现
一个简易的计算器,代码如下:

#include    
#include    
#include    
int main(int argc,char* argv[])    
{    
    if(argc!=4)    
    {    
        printf("%s OP[add|sub|mul|div] d1 d2\n",argv[0]);    
        return 1;    
    }    
    int x=atoi(argv[2]);    
    int y=atoi(argv[3]);    
    if(strcmp(argv[1],"add")==0)    
        printf("%d + %d = %d\n",x,y,x+y);    
    else if(strcmp(argv[1],"sub")==0)    
        printf("%d - %d = %d\n",x,y,x-y);    
    else if(strcmp(argv[1],"mul")==0)    
        printf("%d * %d = %d\n",x,y,x*y);    
    else if(strcmp(argv[1],"div")==0)                                                                                                                                   
        printf("%d / %d = %d\n",x,y,x/y);    
    else    
        printf("输入操作符错误");    
    return 0;    
}    
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使用方法:

1. 用户必须先输入可执行程序:a.out
2. 第二个字符串输入加减乘除其中一个
3. 第三,第四个字符串输入操作数
4. 若其中有一个环节输入错误会报提醒

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6. 模拟实现Linux中的bash指令

当模拟实现了计算器后,我们隐约可以
发现,其实Linux下的指令如ls,pwd或touch
其实就是调用了不同的可执行程序来完成的!

比如touch指令,输入touch和要创建的文件名
本质就是在C语言程序中创建一个和输入的
文件名一样的文件来间接创建文件

mytouch代码如下:

#include    
int main(int argc,char* argv[])    
{    
    if(argc != 2)//输入的字符串不规范    
    {    
        printf("touch missing file operand\n");    
        return 1;    
    }    
    FILE* fp = fopen(argv[1],"w");                                                                                                                                      
    if(fp!=NULL)    
        fclose(fp);    
    return 0;    
}  
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现在我们在Linux下输入指令创建文件:

如果有需要,我们可以自己写一份
可执行程序来模拟Linux下所有的指令!

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7. 环境变量PATH初认识

上面所说的内容你可能能理解
就是利用了main函数的参数进行各种运用

但是有几个问题需要解决:

• 为什么我们自己写的程序运行时要加./
• 但是系统中的指令:ls,pwd等不用加./?
• 我们自己写的指令能不能不加./?

我们说执行一个程序的前提是要
找到此程序,我们自己写的程序要
加上./的本质就是让操作系统在当前
目录下寻找我们写的程序,那么为什么
系统中的程序不用加./就能找到呢?

这不得不引出一个概念: 环境变量
保存程序的默认搜索路径的环境变量
叫做: PATH

在运行程序时,系统会去PATH中
找当前可执行程序在不在这些路径中
如果在就直接执行程序,不在就报错

查看环境变量PATH:

使用指令: echo $PATH

这些路径以冒号:为分割

因为我们自己写的程序不在这些路径中
所以我们需要加上./来运行程序!

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8. 修改环境变量PATH

要想我们的指令像系统指令一样运行
我们可以将自己写的程序的路径加入
到环境变量PATH中!

使用指令: PATH = $PATH:要添加的路径

此时我已经将我的路径添加到PATH了
现在我直接像系统指令一样运行我的指令:

请注意,当你将你的路径添加后
下次重启时又会恢复为默认路径
所以想一劳永逸的话可以将你自己
的可执行程序放入默认的路径中!

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9. 总结

进程的学习需要理论和实践相结合
本篇文章主要是实践部分,而然有两个
问题剖给大家:main函数就只有两个参数吗?
环境变量到底有什么用处?

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