【Linux】进程&&优先级详解

用户10925563

发布于 2024-06-04 13:20:26

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代码可运行

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代码可运行

1.操作系统(Operator System)

1.1 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，操作系统包括：

内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
其他程序（例如函数库，shell程序等等）

1.2 设计OS的目的

与硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

1.3 定位

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件

1.4 如何理解 "管理"

管理的例子
描述被管理对象
组织被管理对象

1.5 总结

计算机管理硬件

描述起来，用struct结构体
组织起来，用链表或其他高效的数据结构

1.6 系统调用和库函数概念

在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用
系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发

2.进程概念

2.1 基本概念

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体

2.2 描述进程-PCB

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct
一个进程一定要有一个PCB

2.2.1 task_struct-PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

2.2.2 task_ struct内容分类

标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
状态: 任务状态，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[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
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: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
其他信息

2.2.3 tast_struct的属性

1.启动

./XXXX 本质就是让系统创建进程并运行 --- 我们自己写的代码形成的可执行 == 系统命令 == 可执行文件（在Linux中运行的大部分执行操作，本质都是运行进程）

ps axj 命令

ps和grep本身也是命令，启动也是一个进程

可以用head命令只显示头部信息

如果我们同时想看到头部信息和进程信息，我们可以用&&，这样就都可以显示出来了

PID

每一个进程都要有自己的唯一标识符，叫做进程PID
一个进程，想知道自己的PID，可以用系统调用getpid

如何证明呢？

PPID

getppid --- 获得当前进程的父进程id

每次启动的PID不一样是正常的，但是PPID是相同的

我们grep一下这个PPID

对应Windows就是我们的任务管理器

在Windows中双击就启动进程了，Linux中./就启动进程了

2.终止

在Windows中可以通过×关闭进程，在Linux中可以通过ctrl+c关闭，也可以通过kill杀死进程

3.创建进程

进程创建的代码方式 --- 重(zhong)操作、轻原理

创建进程就是操作系统中多了一个进程，多了一个进程就是多了一个PCB和对应的代码数据

fork

我们可以写一个监控脚本，让进程管理器每一秒刷新一次

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep myprocess;sleep 1;done

如何证明呢，getpid和getppid都只能调用该进程的pid和ppid

为什么要创建子进程

想让子进程执行和父进程不一样的代码

fork会返回两个返回值

kill掉任何一个进程都不会影响另一个进程，只不过kill掉父进程，子进程会到后台运行

创建多个子进程

2.3 组织进程

可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里

2.4 查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

进程中的PCB会记录自己对应的可执行程序的路径

cwd:current work dir 进程的当前工作路径

我们将这个可执行程序删除

但是进程还在运行，原因是我们删除的只是磁盘上的文件，但是一个程序在被调用的时候会先在内存里存一份，所以删除磁盘上的文件，不影响内存

3.进程状态

3.1 Linux内核源代码

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* 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（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里
S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））
D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束
T停止状态（stopped）：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
X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态

3.2 进程状态查看

ps aux / ps axj 命令

休眠状态---进程在等待资源就绪

kill -19 暂停

kill -18 继续

T是比较纯粹的暂停，t是由于被追踪而暂停下来

3.3 Z(zombie)-僵尸进程

僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码
所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

来一个创建维持30秒的僵死进程例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(id > 0)
    {  
        //parent
        printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
        sleep(30);
    }
    else
    {
        printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

3.4 僵尸进程危害

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！
维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护？是的！
那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间
内存泄漏?是的！

3.5 孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(id == 0)
    {   
        //child
        printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
        sleep(10);
    }
    else
    {
        //parent
        printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
        sleep(3);
        exit(0);
    }
    return 0;
}