前言：

• 本文结介绍操作系统的进程

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管理的理念

1. 用结构体或者类描述一个被管理对象
2. 当对象很多时，就要通过特定的数据结构来组织对象，因此这就回到对数据结构的增删查改。—而那些特点的数据结构有很多，这也是数据结构这门科目出现的部分原因
3. 同样作为OS的4大管理块中的进程管理，我们要想管理好一个进程，就要先描述进程，再组织进程

进程

概念

狭义上：进程指的是加载到内存中的程序文件，但这非常不利于OS管理，组织进程。

广义上：由OS为维护加载到内存中程序文件的创建的属 性集合==进程控制块PCB（process control block）==和 加载到内存中的程序文件构成的集合。

特点

进程是具有独立性的，各个进程之间互不干扰。

进程控制块–PCB

1. PCB包含了进程的所有属性信息，这样OS就可以通过PCB，间接管理进程而不需要与程序文件进行交互即

   进程的管理任务与PCB具体强相关，而与程序文件无关，

2. 不同操作系统下，PCB的称呼不同，linux下，它的PCB称为task_struct
   

PCB的内部构成

介绍常见的

ID

1. 描述进程的唯一标示符，用来区别其他进程。可以getpid（）函数获得自己的ID，也通过getppid获得父进程的标识符ID

   

2. 在命令行上运行的命令，其父进程都是bash

上下文数据

1. 一个进程是不可能一直占用CPU资源的，而平常我们观察到的进程似乎是一直在运行着是因为：OS会规定每个进程在CPU中的单次运行时间片，（这时间片是非常非常小的，纳秒级别），一但进程运行超过了这个时间片，CPU会将该进程暂时弹出，执行下一个进程，因为时间足够小，在我们人看来进程是一直运行的，但对CPU来说是不一样的
2. 同时进程在运行是会产生大量的临时数据(各种寄存器，外设，内存等)，如果不及时保存这些数据，当再次占据CPU资源时，会产生紊乱，因此我们可以在PCB嵌套定义一个结构体用于记录临时数据，这称为保存上下文数据。当再次占据CPU资源时，恢复临时数据，这称为恢复上下文数据，通过这种操作就可以在进程的被切换时，而不影响进程的运行

状态:

1. 任务状态（下面详解），退出代码，退出信号。

2. 一般进程结束都会将退出码返回给父进程，以便父进程获取信息，这也是大多数语言中的main，最后都要返回一个值。通echo $?,可以获得最近进程的退出码。

优先级:

CPU是有限的，而进程数量是很多的，要想分配管理好每个进程必然要有一个规则去规定进程的先后顺序

程序计数器:

程序中即将被执行的下一条指令的地址。同函数栈帧时记录call下一条指令地址。

内存指针:

指向程序代码和进程相关数据的指针，还有指向其他进程共享的内存块的指针。

I／ O状态信息:

1. 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／ O设备（屏幕，键盘，网卡等）和被进程使用的文件列表。
2. 程序进行的IO，最终都会以进程的形式进行IO

记账信息:

1. CPU资源的时间总和，CPU总会依据该时间总和，来均衡的让其它进程去使用CPU资源
2. 使用的时钟数总和，时间限制，记账号等

创建进程

当单个进程无法满足需求时，我们可以通过fork()OS接口来创建子进程来帮助完成一部分需求。

父子进程

我们创建子进程，是为了完成父进程不能完成的需求，同时进程是具有独立性，互不干扰的，因此子进程的PCB ，代码，数据是有变化的

PCB

1. 子进程的PCB会以父进程的PCB为模板来初始化自己的PCB
2. 因为父子进程的PCB中的程序计数器–（存放下一条指令的地址）是相同的，这也是为什么在输出设备上，子进程不会执行之前的代码，而是依据程序计数器直接执行下一条指令。

代码

代码是不可更改的，因此父子进程共享代码

数据

如果父子进程共享同样的数据，一旦数据变化，会严重破坏进程的独立性，因此对于数据

1. 如果父子进程只是读数据，那么他们共享该数据
2. 如果父子进程中出现了写数据，会采用“写时拷贝"即开辟另外一份空间存放数据的方式，维护进程的独立性

fork()

现象

观察下列代码

1. 父子进程的结果是不同的？-----即id的值是不同的

2. fork函数有2个返回值？

结论

1. fork函数的返回值是要写入到 id这块内存中的，为了进程的独立性，这需要进行“写时拷贝"，自然就有2分独立的id空间
2. 对于父进程来说，它的子进程可能会很多，而要想找到子进程，只能通过pid识别，因此fork()函数对父进程返回子进程的pid，但是子进程可以通过 getppid找到父进程，因此fork函数对子进程返回0；

进程状态

状态分类

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 */
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9

R运行状态

R并不意味着进程一定在运行中，它表明：进程要么是在CPU中正在运行，要么在运行队列中进行排队

S浅度睡眠状态–阻塞/挂起

1. 进程不一定只使用CPU资源，可能还会使用外设资源，如：网卡，键盘，屏幕等，只有这些资源同时具备了，进程才能运行下去，而在获得某些资源的返回信息前，进程处于浅度睡眠。
2. S状态下，获得资源返回信息后，进程就可以运行了，因此S是可中断状态

D深度睡眠状态—阻塞/挂起

类似S状态，但是D状态可能需要等待很长时间的资源反馈，为了避免被杀死，D状态又称为 不可中断状态。

T暂定状态

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

t追踪状态

类似VS下的打断点，让进程stop，以观察数据信息

X死亡状态

1. 进程死亡后，父进程获得相关信息，回收子进程的资源
2. 回收资源是瞬间的，因此这个状态不可观察到

Z僵尸状态

任何进程在死亡前，OS都会将其死亡的原因，时间等信息返回给父进程，这样父进程就可以控制回收子进程资源，而一旦子进程资源未被回收，子进程就处于 “僵尸状态”。之后进程进入死亡状态，回收资源。

经典状态验证

R状态

S状态

为什么程序在我们看来是在一直运行？

printf函数是需要驱动屏幕，只有当屏幕进行反馈后，进程才能继续进行，但是这个时间消耗对于CPU来说是很长的，因此CPU会将进程设置为S状态，当资源齐全后，唤醒进入R状态

T状态

通过指令 kill -19 +PID,可以暂停一个进程

通过 kill -18 +PID ，可以恢复一个进程

通过kill -9 +PID，可以杀死一个进程

少+号的原因：

1. 进程默认是在前台运行，一但通过指令暂停进程，进程就会由前台运行转为后台运行
2. 前台下：可以通过ctrl+c，结束进程，但是不能进行任何指令相关操作
3. 后台下：不同通过ctr+c，结束进程，只能通过kill指令，且能正常指向shell指令

Z状态

当子进程死亡时，父进程不采取任何行动时，子进程进入Z状态

孤儿进程

当父进程死亡时，子进程为死亡，子进程处于"孤儿状态"，同时子进程的会被OS领养。

优先级

因为CPU资源是有限的，进程之间必然要有优先级

1. UID : 代表执行者的身份
2. PID : 代表这个进程的代号
3. PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
4. PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
5. NI ：代表这个进程的nice值 ，范围[-20,19]

PRI and NI

1. RI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
2. 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，PRI总是以80为起点
   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
3. 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

总结

操作系统概念挺多的，细学吧！