[Linux] 进程入门

news/2024/2/21 10:13:30
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💻文章目录

  • 📄前言
  • 计算机的结构体系与概念
    • 冯诺依曼体系结构
    • 操作系统
      • 概念
      • 目的与定位
  • 进程
    • 概念
    • 描述进程-PCB
    • task_struct
    • 检查进程
    • 利用fork创建子进程
  • 进程状态
    • 进程状态查看
    • 僵尸进程
    • 孤儿进程
  • 📓总结


📄前言

作为一名程序员,我们天天都在与代码打交道,但你是否有了解过我们的程序是如何在操作系统中运行与调度的呢?如果你对进程与计算机不甚了解,那么本文将带领你走向操作系统进程的第一步。

计算机的结构体系与概念

在了解进程的相关知识前,我们需要先了解以下计算机的组成体系及其概念。

冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构是一种计算机的组成方案,因为使用其体系构造的计算机性价比很高,所以我们日常生活中使用的计算机,如笔记本、服务器等大部分都遵守着冯诺依曼体系结构。

冯诺依曼体系结构规定了计算机由五个部分组成,控制器、运算器、储存器、输入设备、输出设备。

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注意:

  • 这里的储存器指的是内存
  • 不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)
  • 外设(输入或射出设备)要输入或输出数据,只能写入内存或从内存中读取
  • 总的来说,所有设备都只能直接和内存打交道

操作系统

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,操作系统包含:

  • 内核(进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理)
  • 其他程序(函数库、shell程序等)

目的与定位

操作系统是纯正用于管理的软件,操作系统与硬件交互,管理所有的软硬件资源。

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进程

概念

如果你没有学习过系统知识,可能会以为进程就是把二进制程序拷贝执行而已,但其实进程指的是PCB(process control block)+ 可执行程序

描述进程-PCB

PCB又名进程控制块,这是一个进程属性的集合体,用于描述进程,在linux内核是一种链式结构(task_struct),它会被装载到内存中。

task_struct

在Linux里面描述进程的结构体就叫做task_struct,其内容分为:

  • 标志符:描述本进程的唯一标识符,用于区别其他进程 。
  • 状态:任务装提、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「Ip指针」
  • 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:可能包括处理器总和,使用的时钟数总和,时间限制,记帐号等。
  • 其他信息。

检查进程

进程的信息可以通过linux目录中的/proc文件夹来查看
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或者你也可以用top / ps 等指令工具来获取

利用fork创建子进程

在Linux平台下,C语言可以用fork函数来创建子进程,父子进程代码共享,当数据使用写实拷贝,当数据没被修改时,数据共用。

#include <stdli.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main() {//fork如果创建子进程成功则返回0,失败返回-1。pid_t id = fork();	if(id == 0){printf("我是子进程\n");}else{printf("我是父进程\n");}return 0;
}

进程状态

在Linux中进程拥有多种状态,一个进程可以有多个状态。让我们来看看Linux内核里面对进程状态的定义吧。

/*
* 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:说明进程要么在运行,要么在运行队列里。
  • S 睡眠状态:说明进程在等待事件完成。
  • D 磁盘休眠状态:又名不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep),在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
  • T 停止状态:通过发送 SIGSTOP 信号来给进程停止,这个被停止的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
  • X 死亡状态:这个状态只是一个返回状态,你不会在任务列表看到这个状态。

进程状态查看

我们可以通过top指令或ps指令来检查进程
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僵尸进程

僵尸进程是一种比较特殊的状态,当子进程退出,而父进程没有读取到子进程的返回码时就会产生僵尸进程。因为僵尸进程还没被系统清理其开辟的空间,所以僵尸进程还会导致内存泄漏。

C语言创建僵尸进程:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t id = fork();if(!id){	//C语言可以通过getpid指令来获取进程的idprintf("child[%d] is return....\n", getpid());sleep(2);exit(EXIT_SUCCESS);}else {printf("parent[%d] is sleeping...\n",getpid());sleep(10);}return 0;
}

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孤儿进程

孤儿进程和僵尸进程恰好相反,如果父进程先退出,子进程继续运行,那么子进程就会成为孤儿进程。成为孤儿进程后,就被交给pid为1的进程管理,也就是系统。

来段代码:
进程优先级
基本概念
cpu资源分配的先后顺序,就是指进程的优先权(priority)。
优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用,可以改善系统性能。
还可以把进程运行到指定的CPU上,这样一来,把不重要的进程安排到某个CPU,可以大大改善系统整
体性能。
查看系统进程
在linux或者unix系统中,用ps –l命令则会类似输出以下几个内容:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t id = fork();int i = 0;if (id == 0){	//childwhile(i++ < 10){printf("[%d] : child_pid[%d] : parent_pid[%d]\n", getpid(), getppid());sleep(1);}	}else{	//parentprintf("parent[%d], is exit\n", getpid());exit(0);}return 0;
}

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📓总结

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