- 1. 操作系统的进程状态
- 2. Linux操作系统的进程状态
- 3. 僵尸进程
- 4. 孤儿进程
- 5. 进程优先级
- 5.1. 优先级是什么和为什么要有优先级
- 5.2. Linux中的进程优先级
- 6. 进程切换
- 7. 环境变量
- 7.1. 环境变量的认识
- 7.2. 环境变量相关的命令
- 7.3. 环境变量和本地变量
- 7.4. 命令行参数
- 7.5. 获取环境变量
- 7.6. 环境变量学习小总结
1. 操作系统的进程状态
- 运行状态
程序运行到内存的时候，可以称该程序是一个进程。操作系统为该进程创建了一个PCB，是给CPU管理使用的。进程有很多，而CPU只有一个，所以一旦进程多了，就需要等待。CPU中有一个运行队列，当进程处于运行队列的时候，可以称该进程处于运行状态。
- 阻塞状态
当进程1想要访问磁盘的时候，磁盘还有其他进程尚未处理完毕，所以让进程1进入磁盘的PCB的等待队列中，此时称进程1的状态为阻塞状态。假设不把进程1放进等待队列中，那么进程1只能处于CPU的运行队列中，就是让CPU等待，这是很不合理的。因为CPU的处理速度很快，而磁盘的处理速度相对于CPU比较慢，不可能等待处理速度慢的磁盘。
例如你电脑的硬件处理速度很烂，比如说是磁盘，那么当你访问磁盘的时候会有卡顿，这个卡顿其实可以理解为所谓的阻塞状态。
- 挂起状态
如上图所示，这里有4个进程，都是要访问磁盘的，进程1访问磁盘，磁盘尚未处理结束，需要进程1等待，那么此时进程1进入阻塞状态。然后进程2也要访问磁盘，进程3也是，进程4也是，…，那么2、3、4进程都是阻塞状态。此时处于阻塞状态的进程太多了，处于阻塞状态，意味着内存里面都要保存着进程的相关数据，然而此时内存空间不足了，于是操作系统就把其他处于阻塞状态的2、3、4进程的相关数据放到磁盘的某个空间存储，用以减少内存空间的开销。这样的进程的状态称为挂起状态。如下图所示。
进程的相关数据被保存了起来，但是进程依然存在于内存，这样减少了内存空间的开销，而进程也因PCB的存在等待被重新唤回。
2. Linux操作系统的进程状态
Linux操作系统的进程状态一般有以下7种状态，下面逐一讲解一下。
- 运行状态
Linux操作系统进程的运行状态的字母是R。下面用一段代码来查看Linux操作系统下的进程的运行状态。
1 #include <stdio.h>
2
3 int main()
4 {
5 while(1);
6 return 0;
7 }
当运行起来的时候，输入查看进程状态（ps axj | head -1 && ps axj | grep “process”）的指令即可看到。
- 阻塞状态
阻塞状态在Linux操作系统中代表的字母是S。下面用一段代码来查看Linux操作系统下的进程的阻塞状态。
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3
4 int main()
5 {
6 int cnt = 0;
7 while(1)
8 {
9 printf("value = %d\n",cnt++);
10 sleep(1);
11 }
12 return 0;
13 }
当进程运行的时候，我们观察一下它的进程状态。
原因是代码中有printf函数，该函数是向显示器打印，那么也就是说该进程占用显示器资源。而CPU很快，一下子就可以把命令执行完成，但是显示器相对应CPU，处理速度不快，所以该进程的运行时间里，99%都是阻塞状态，1%是运行状态。所以当我们查看进程状态的时候，大概率是阻塞状态。
- 暂停状态
暂停状态在Linux操作系统中代表的字母是T。下面用一段代码来查看Linux操作系统下的进程的暂停状态。
1 #include <stdio.h>
2
3 int main()
4 {
5 while(1);
6 return 0;
7 }
代码运行起来，进程就是运行状态，此时我们输入相关命令，使得进程的状态变为暂停状态。
恢复运行状态：
进程重新恢复运行状态。
- 前台进程与后台进程
#include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3
4 int main()
5 {
6 int cnt = 0;
7 while(1)
8 {
9 printf("value = %d\n",cnt++);
10 sleep(1);
11 }
12 return 0;
13 }
以上面这段代码为例，来看一下前台进程与后台进程。
前台进程：
像这样不能接受命令的进程，称之为前台进程，只能由crtl + c中止。
后台进程：
当像上面正在运行的进程暂停过后，然后又重新启动，此时进程的状态虽然也是运行状态，但是却与上面进程的运行状态有所不同。
- 深度睡眠状态
深度睡眠状态在Linux操作系统中代表的字母是D。下面用一段代码来查看Linux操作系统下的进程的深度睡眠状态。
这个状态不好演示，很容易把系统搞崩。所以直接用语言描述。
假如一个进程A，它的任务就是往磁盘里写入大量数据，但是由于磁盘的读取速度比较慢，那么此时进程A就一直占用着资源。后来，越来越多的进程进入内存，导致内存空间的资源吃紧。于是，操作系统开始排查，发现进程A什么都没在干，而是一直占用资源，于是把进程A干掉了。后来进程A被干掉之后，磁盘读取数据任务完成，出来发现进程A不见了，无法交差，但是手头上的数据也不能一直拿着，所以直接扔了。
后来，用户来查看原来要存放在磁盘的数据，发现数据不见了。于是乎，便盘问了操作系统，进程A，磁盘。磁盘说，我只是个干活的，让我干啥就干啥。进程A说，我也是个干活的，突然间有个家伙要把我干了，我也没办法。操作系统说，我的任务就是维护好资源的分配，所以只能把进程A干掉。
用户觉得谁也没有错，于是制定相关的规定。给予某个重要的进程一个免死金牌，例如进程A，当资源吃紧的时候，操作系统不能杀死带有免死金牌的进程。那么此时，这个带有免死金牌的进程就会进入深度睡眠状态，此时这个进程不能被杀死，只能等进程本身自己醒来或者物理断电解决进程。
一句话总结，处于深度睡眠状态的进程，操作系统是杀不掉的，只能等进程自己醒来或者物理断电。
- 追踪暂停状态
追踪暂停状态在Linux操作系统中代表的字母是t。下面用一段代码来查看Linux操作系统下的进程的追踪暂停状态。
1 #include <stdio.h>
2
3 int main()
4 {
5 printf("hello world\n");
6 printf("hello world\n");
7 printf("hello world\n");
8 printf("hello world\n");
9 printf("hello world\n");
10 printf("hello world\n");
11 printf("hello world\n");
12 printf("hello world\n");
13 printf("hello world\n");
14 printf("hello world\n");
15 return 0;
16 }
当我将这段代码运行起来并调试的时候，就可以清楚地看到这个追踪暂停状态。
3. 僵尸进程
- 僵尸状态
将状态在Linux操作系统中代表的字母是Z。用一个例子，浅浅的认识一下僵尸状态。
一天，小明在路上看到有一个人躺在地上噶了，此时小明选择了报警。警察来了之后，封锁了现场，并且叫来了法医进行验尸。此时，尸体会有一段时间用来被检验，并等待结果，最终宣告死亡。
切换到进程的角度，一个进程退出了，其中资源并不会马上被回收，而是保留一段时间，等待父进程或者操作系统读取。其中这段等待被回收的状态，可以称该进程的状态是僵尸状态。或者可以说该进程没有被父进程或者操作系统回收，也可称该进程是僵尸进程。
如何创建僵尸进程呢？那就是确保父进程正常运行，子进程直接退出。
来看代码：
⮂⮂ buffers
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <stdlib.h>
4 int main()
5 {
6 pid_t id = fork();
7 if(id == 0)
8 {
9 //child
10 printf("i am a child process,process id is :%d,parent id is :%d\n",getpid(),getppid());
11 sleep(3);
12 exit(1);
13 }
14 else
15 {
16 //parent
17 while(1)
18 {
19 printf("i am a parent process,process id is :%d,parent id is :%d\n",getpid(),getppid());
20 sleep(1);
21 }
22 }
23 return 0;
24 }
僵尸进程是无法被杀死的，因为它已经退出了，已经退出了的进程是杀不死的。但是它的pcb还存着，等待父进程读取，然后回收。如果父进程不回收，那么就会导致内存泄漏。
4. 孤儿进程
孤儿进程顾名思义就是父进程死了，但是子进程还在跑。这样的进程称为孤儿进程。
下面来看一段代码，看看是如何生成孤儿进程的。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
while(1)
{
printf("i am a child process,process id is :%d,parent id is :%d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
//parent
while(1)
{
printf("i am a parent process,process id is :%d,parent id is :%d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
如果操作系统不领养该进程，该进程退出的时候，变成了僵尸，将会没有人给它收尸。而操作系统作为一个管理角色，必须对其进行处理。
用一句话总结，被领养的进程，我们可以称该进程是孤儿进程。
如果是前台进程创建的子进程，那么该子进程变为孤儿进程后，将会变成后台进程，此时只能用kill命令杀掉该进程。
5. 进程优先级
5.1. 优先级是什么和为什么要有优先级
- 优先级的概念
优先级其实就是排队的先后，优先级在生活中很常见，例如食堂排队打饭，面试工作时懂XX技术优先，这些都是常见的优先级。
- 为什么要有优先级
那么为什么要有优先级呢？是因为资源是有限的，例如饭堂打饭，饭如果打完了，那么优先级低的人就吃不到饭；例如面试时懂XX技术的优先级高，那么有可能优先级低的人就无法获取这份工作…
5.2. Linux中的进程优先级
在Linux中，进程的优先级本质就是PCB上的一个数字。就好比你生活中去一家餐厅吃饭，因为位置不多，所以需要排队，如果你愿意等下去，服务员就会给你一个排队的号码，这个号码就是你的优先级。
下面创建一个进程，并输入相关的指令(ps - la)查看进程优先级。
- 最终进程优先级 = 老的优先级(固定80) + nice值
- 可以用top工具更改进程的优先级，主要是通过更改nice值
注意nice值的范围是[-20,19],所以最小是-20，最大是19。所以进程的最终优先级的范围是[80-20, 80+19]
6. 进程切换
假设你的电脑只有1个CPU，那么就会有很多进程占用CPU的资源。但是当用起来的时候，就感觉进程都是一起运行的。例如你可以同时打开qq，微信，同时在qq和微信上发消息。这是因为操作系统采用进程切换的方法，让多进程在宏观上运行的时候像是一起运行的，实际在微观上是串行的。
具体点就是操作系统会给多个进程分配时间片，当某个进程的时间片用完了，那么该进程就是被操作系统拿下，切换另一个进程运行。这个时间是很短很短的，所以我们一般感觉不出来。
对时间片的概念，可以举这么一个例子：A要考研，他不可能说先把数学学完了再去学英语，然后再去学专业课。一般考研的都是，今天给数学分配多少时间，给英语分配多少时间，给专业课分配多少时间。在这个分配好的时间片里，无论你数学完成的怎么样，我数学的时间片到了，我就得切换到英语科目去学习。最后到考研结束，那么数学也能学完，英语也能学完，专业课也能学完。
把学习数学想象成是一个进程1，学习英语是进程2，学习专业课是进程3，小A是一个CPU，这就可以类比到计算机的进程切换的概念中去。
那么进程的切换是怎么完成的？下面来浅浅地认识一下。
- 先来看一个例子
A是一名大学生，他突然有一天想去服兵役，然后就报名参加了当兵。报名后，A向学校说明了他的情况，学校学籍处给他保留了相应的学籍。当A两年义务兵结束后，选择继续回归校园。此时，退伍回来后，A就向学校学籍处拿回自己的学籍，然后就重新恢复了自己大学生的身份。
切换到计算机的世界。A是一个进程，当A进程去使用打印机资源的时候，那么CPU中的相关的寄存器就会给进程A保留了相关的数据。当进程A完成了打印的任务，回到了原来的轨道。此时，进程A回来后，A就会拿到原来寄存器里的相关数据，继续运行自己的进程。
7. 环境变量
7.1. 环境变量的认识
环境变量其实可以认为是一个字符串，常见的环境变量有PATH,HOME,SHELL…，每个环境变量都是为了应付不同的应用场景的。
- PATH
当我们在命令行输入各种指令的时候，是否有想过为什么直接输入就可以执行相应的操作呢？而当我们写好了一个代码，运行的时候却要在可执行程序的前面指定好路径呢？
其实命令行的指令也是指定好了路径的，这个行为是环境变量帮我们完成的。
如果想要我们自己写的代码也能不加路径直接运行，也有方法。
- 将test拷贝到/usr/bin/
- 配置环境变量
当我们在命令行输入相关的指令，bash进程都会去PATH底下逐一查找，查看这些目录下有没有该命令，如果有则运行，没有则提示找不到。
那么我们只需要把我们代码的路径添加到PATH中，那么运行的时候我们就不用加路径了。
环境变量可以帮助我们在运行相应的指令的时候，让指令识别路径，身份认证等操作。
例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
//获取当前user的环境变量
char* name = getenv("USER");
if(strcmp(name,"root") == 0)
{
printf("%s = %s\n",name,"root");
}
else
{
printf("%s = %s\n",name,name);
}
return 0;
}
当我是用户1的身份运行时：
当我是root身份运行时：
所以环境变量的用途有很多，它不仅可以帮我们识别路径，也可以帮我们识别用户身份等等…
用背单词的例子来理解环境变量。
7.2. 环境变量相关的命令
- echo命令
操作：显示某个环境变量
示范：
- env
操作：显示所有的环境变量
示范：
- set命令
操作：显示本地变量
示范：
- export命令
操作：设置一个新的环境变量
示范：
- unset命令
操作：清除某个环境变量
示范：
7.3. 环境变量和本地变量
环境变量具有全局性，无论你在哪里用都可以。而本地变量只能当前进程用。
用背单词的例子来认识：
是因为子进程继承了父进程的时候，顺便继承了环境变量，所以才说环境变量具有全局性。
7.4. 命令行参数
C语言中的main函数是可以带有参数的，例如：
int main(int argc, char* argv[])
{
return 0;
}
那么带了参数又有什么用呢？
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 #include <stdlib.h>
4 int main(int argc, char* argv[])
5 {
6 for(int i = 0; i < argc; i++)
7 {
8 printf("argv[%d]--->%s\n",i,argv[i]);
9 }
10 return 0;
11 }
运行结果：
所以我们之前学习的命令，为什么带上选项可以有不同的功能，就是因为命令行参数的存在。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc != 2)
{
printf("Usage: \n\t%s [-a/-b/-c/-ab/-bc/-ac/-abc]\n", argv[0]);
return 1;
}
if(strcmp("-a", argv[1]) == 0)
{
printf("功能a\n");
}
if(strcmp("-b", argv[1]) == 0)
{
printf("功能b\n");
}
if(strcmp("-c", argv[1]) == 0)
{
printf("功能c\n");
}
if(strcmp("-ab", argv[1]) == 0)
{
printf("功能ab\n");
}
if(strcmp("-bc", argv[1]) == 0)
{
printf("功能bc\n");
}
return 0;
}
运行结果：
可以简单的认为在命令行上执行的程序的程序名，就是argv[0]，后面带上的选项就是argv[i]。
7.5. 获取环境变量
- 系统接口getenv()
这里就是简单的系统调用，就不再展示了，上面的有一段代码是写过的。
- char* env[]
main函数中可以有三个参数，其中第三个参数就是环境变量，它同char* argv[] 一样都是一个指针数组，数组的元素都是char类型的，最后一个char是NULL，因此我们可以将它打印出来。
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 #include <stdlib.h>
4 int main(int argc, char* argv[], char* env[])
5 {
6 for(int i = 0; env[i]; i++)
7 {
8 printf("env[%d]---->%s\n",i,env[i]);
9 }
10 return 0;
11 }
运行结果：
- extern char* environ
在Linux中，提供一个二级指针，指向了一个保存环境变量的char*[]，因此我们只需要在代码中声明该变量，也可以打印出所有的环境变量。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
extern char** environ;
for(int i = 0; environ[i]; i++)
{
printf("env[%d]---->%s\n",i,environ[i]);
}
return 0;
}
运行结果：
7.6. 环境变量学习小总结
- 什么是环境变量？
环境变量简单的来说就是字符串，它可以帮助用户识别路径，识别用户的身份等等操作。
环境变量具有全局性，本地变量具有局部性。具体可以参看背单词的例子。
- 命令行参数
当我们在命令行输入指令的时候，操作系统和shell是怎么认识的？就是通过main函数的参数来识别的。其中我们输入的命令行会被操作系统和shell放到一个char* 数组里面，用来解析我们的各种命令。
- 如何获取环境变量
参考3.5所讲的内容。
