【Linux】从零认识进程 — 中下篇

叫我龙翔

发布于 2024-03-24 09:41:04

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代码可运行

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送给大家一句话： 人一切的痛苦，本质上都是对自己无能的愤怒。而自律，恰恰是解决人生痛苦的根本途径。—— 王小波 今天我们继续学习Linux的进程，上两篇文章我们认识了什么是进程，如何创建进程，进程状态。今天我们主要讲解 进程优先级和环境变量。

1 进程优先级

学习优先级需要了解：

什么是优先级
为什么要有优先级
Linux优先级的特点 && 查看方式

1.1 什么是优先级

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其实很简单，就是指定进程的获取资源的先后顺序（在运行队列中的相对顺序）。在task_struct模块中的内部字段存在 int prio = ??,优先级的本质是一个数字，数字越小，优先级越高。

1.2 为什么要有优先级

因为CPU的资源是有限的，不得不排队（就像食堂打饭一样）,系统大部分情况进程是比较多的，但是硬件只有一套。

操作系统关于的调度好优先级的原则：分时操作系统，基本的公平。如果进程因为长时间不被调度，就造成的饥饿问题。我们来简单查看一下进程的优先级：

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 
  4 int main()
  5 {
  6   while(1){
  7     printf("I am a process , pid: %d\n",getpid());                                 
  8     sleep(1);
  9   }
 10 }
 11

这里介绍一下一个新指令： ps -l

运行是运行了，但是没有我们现在的进程，这是因为ps -l默认是显示当前终端的进程，我们使用ps -al就可以查看全部的了。

其中：

UID : 代表执行者的身份
PID : 代表这个进程的代号
PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，即父进程的PID
PRI ： 进程优先级
NI ： 进程优先级的修正数据，nice值，新的优先级 = 优先级 + nice值，达到对进程优先级的动态化处理（每次调用都可以更新nice值）

通过上图，可以看到我们进程（pid : 6000）的优先级是80。

1.3 Linux优先级的特点 && 查看方式

接下来我们来看如何查看修改优先级用top命令更改已存在进程的nice：进入top后按 r 输入进程PID –> 输入nice值，就可以修改nice值。来进行一下尝试：

可以看到，我们想要改到100,但是最终结果是99，这是为什么？？？ nice值不能随意调整，而是有范围的 [-20 , 19）共四十个数字（即四十个梯度） 我们通过ps-al查看的进程信息中，nice值就是最大值 19。每次调整完优先级都是从80开始的，通过 新的优先级 = 优先级（80） + nice值进行计算。 注意：作为普通用户不能频繁调整优先级 想要多次调整需要root身份。

同时调整优先级也可以使用nice 和 renice命令,具体使用方法可以用那个男人 man 来进行查看(以renice 为例)：

RENICE(1)                           User Commands                          RENICE(1)

NAME
       renice - alter priority of running processes

SYNOPSIS
       renice [-n] priority [-gpu] identifier...

DESCRIPTION
       renice  alters the scheduling priority of one or more running processes.  The
       first argument is the priority value to be used.   The  other  arguments  are
       interpreted as process IDs (by default), process group IDs, user IDs, or user
       names.  renice'ing a process group causes all processes in the process  group
       to have their scheduling priority altered.  renice'ing a user causes all pro‐
       cesses owned by the user to have their scheduling priority altered.
OPTIONS
       -n, --priority priority
              Specify the scheduling priority to be used for  the  process,  process
              group,  or  user.  Use of the option -n or --priority is optional, but
              when used it must be the first argument.

       -g, --pgrp pgid...
              Force the succeeding arguments to be interpreted as process group IDs.

       -u, --user name_or_uid...
              Force the succeeding arguments to be interpreted as usernames or UIDs.

       -p, --pid pid...
              Force the succeeding arguments to be interpreted as process  IDs  (the
              default).

       -h, --help
              Display a help text.

       -V, --version
              Display version information.

也就是使用 renice -n ? -p ?就可以完成修改优先级。

1.4 其他概念

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级
独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰
并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行
并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发

2 命令行参数

命令行参数其实很简单，我们已经用过许多次了。类似 rm -f grep -v 等等都是命令行参数。那么这本质到底是什么呢？？？

我们先从main函数讲起，我们都知道main函数有参数int main（ int argc, char* argv[ ]），（但实际我们经常不带，今天不管这个问题）下面我们来看具体是什么作用：

    1 #include<stdio.h>
    2 #include<unistd.h>
    3 
W>  4 int main(int argc , char* argv[])//这里的报错先忽视
    5 {
    6   for(int i = 0; i < argc ;i++ )
    7   {
    8     printf("argv[%d]-> %s\n",i,argv[i]);                                         
    9   }
   10   return 0;
   11 }                                                            
   12

来看运行效果:

实际上main函数的参数就是命令行的参数，也就是命令行字符串。前面的./myprocess是程序的路径和名称，后面的-a -b -c -d就是该进程匹配的选项。那为什么要这么干呢？？？又是谁干的呢？？？来看下面一段代码：

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<string.h>
  4 
  5 int main(int argc , char* argv[])
  6 {
  7   if(argc != 2)
  8   {
  9     printf("Usage:%s -[a,b,c,d]\n",argv[0]);
 10     return 1;
 11   }
 12 
 13   if(strcmp(argv[1],"-a") == 0)
 14   {
 15     printf("this is function1\n");
 16   }
 17 
 18   else if(strcmp(argv[1],"-b") == 0)
 19   {
 20     printf("this is function2\n");
 21   }
 22 
 23   else if(strcmp(argv[1],"-c") == 0)
 24   {
 25     printf("this is function3\n");
 26   }
 27 
 28   else if(strcmp(argv[1],"-d") == 0)
 29   {
 30     printf("this is function1\n");
 31   }                               
 32   else
 33   {
 34     printf("no this function!!!\n");
 35   }                                                                                
 36   return 0;                        
 37 }                                  
 38

这样可以区分命令行输入了哪些信息，并执行相应功能。来看效果：

为什么要有命令行参数？？？ 本质:命令行参数的本质是交给我们不同程序的不同选项，用来定制不同功能，一般命令里会带许多选项

这样通过不同选项就执行程序的不同功能。这是不是有点像我们经常使用的哪些命令呢！？ll ls rm -f等等那这个工作时是谁来干的呢？？？我们进行一个小小的测试：

    1 #include<stdio.h>
    2 #include<unistd.h>
    3 #include<string.h>
    4 
    5 int g_val = 10000;
    6 
W>  7 int main(int argc , char* argv[])    
	8 {    
	9   printf("I am father process,pid : %d ,ppid: %d ,g_val: %d\n",getpid(),getppid(),g_val);
   10   sleep(5);
   11   
   12   pid_t id = fork();
   13   if(id == 0)
   14   {
   15     //child
   16     while(1)
   17     {
   18       printf("I am child process,pid: %d,ppid: %d,g_val: %d\n",getpid(),getppid(),g_val);
   19       sleep(1);   
   20     }
   21   }   
   22   else   
   23   {
   24     //father
   25        
   26       printf("I am father process,pid: %d,ppid: %d,g_val: %d\n",getpid(),getppid(),g_val);                                                                        
   27       sleep(1);                       
   28   }                                   
   29                                       
   30   return 0;                           
   31 }

来看效果：

可以看到子进程和父进程都成功使用了g_val,即父进程的数据默认可以被子进程看到并访问！！！而其中的PID：10069是谁呢？？？ 命令行中的程序都会变成进程，其实都是bash 的子进程！！！ 所以那这个工作时是谁来干的呢？？？都是bash进行的，也就是main函数的参数是bash处理的

3 环境变量

3.1 什么是环境变量

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数
如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。
环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性

系统中的很多配置，在我们登录Linux就已经被加载到bash进程中了。来看一个（搜索路径的环境变量）：

bash在执行命令的时候，需要先找到命令，因为未来要加载！！！同样只要我们把我们写可执行程序拷贝到对应路径就可以不用再写./就可以执行。 当然这样太粗暴了，我们可以使用PATH = 路径这样就改变我们的环境变量了：

但是现在我们好多指令都不能正常使用了？？？啊？？？怎么办？？？原来的路径不一致，寻找不到了大部分指令。这时候重启即可。

这样就恢复了，但是到底怎样才能把我们的程序路径加入进PATH呢？？？应该使用PATH=$PATH : 路径即可。

这样就成功加入了！！！

注意最开始的环境变量不是在内存中，而是在系统的对应的配置文件中 那配置文件在哪里呢？？？就在家目录的几个文件中

3.2 见见更多的环境变量

环境变量都是大写的英文字母，使用echo $名字即可使用env就可以查看所有的环境变量：

这些都是环境变量！！！我们来认识其中几个：

HOME：这个代表登录默认所处路径，即家目录
PWD：这个会动态储存我们所在的目录
SHELL：这个会默认启动命令行解释器，让我们可以输入命令
HISTSIZE：这个是指历史命令的个数，意义是历史命令最多有多少条（一般是1000条）

等等都是环境变量当然自己也可以定义环境变量。使用export就可以进行：export THIS_IS_MY_ENV = hellobit这样就创建一个环境变量！！！如果不加export 就会创建本地变量，与环境变量不同（需要对通信，多线程有一定了解才能理解）。

3.3 整体理解

    1 #include<stdio.h>
    2 #include<unistd.h>
    3 #include<string.h>
    4 
    5 int g_val = 10000;
    6 
    7 int main()
    8 {
    9   extern char** environ;
   10   for(int i = 0;environ[i];i++)
   11   {
   12     printf("env[%d]->%s\n",i,environ[i]);                                                                                                                                   
   13   }                                                                                                                                      
   14   return 0;                                                                                                                              
   15 }