【Linux进程】进程的理解

news2024/11/18 3:24:36

前言

1. 系统管理

2. 进程

2.1 概念

2.2 进程的调度

2.3 描述进程-PBC

3. 查看进程

4. 通过系统调用获取进程标示符

前言

在计算机科学领域，进程是一种重要的概念，在日常学习中也经常遇到进程这个概念，那么进程到底是什么？我们又应该如何去理解，本文将为你详细解释什么是进程，以及如何在Linux环境下如何查看进程。

在这里插入图片描述

1. 系统管理

为什么要有系统管理？

对下管理好硬件资源

操作系统通过对硬件资源的管理，确保了系统的稳定、高效和安全的运行环境

对上提供良好的运行环境

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——系统调用接口

系统调用

系统调用接口：由操作系统提供，也叫系统调用函数，这些函数是用C语言编写的函数（Linux环境）

大多数操作系统中，用户通常不允许直接访问底层硬件。用户要想调用底层硬件必须经过操作系统。

库函数

用户在使用时，可以直接调用系统调用接口，但系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者对部分系统调用进行了适度封装，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。

小结

系统调用和库函数的关系：

系统调用由系统提供，库函数由用户层提供，它们是上下层的关系

2. 进程

了解完整个计算机体系结构之后，再来探讨什么是进程

2.1 概念

什么是进程？

在教材当中的定义：加载到内存的程序、正在运行的程序等。进程究竟是什么，我们要如何去理解进程？

我们在使用电脑时，电脑可以同时启动多个程序（将多个.exe文件加载到内存），程序在运行之前，必须要把程序先加载到内存，系统要对加载到内存的（可执行）程序进行管理，如何管理？ ——先描述，再组织

先描述，再组织

定义一个struct结构体，结构体包含进程几乎所有的属性字段，如：状态、优先级、标识符、内存指针字段、struct xxx *next...

这些结构以链表的形式进行连接，通过对链表的增删查改就可以对进程进行管理。

可执行程序从磁盘加载到内存当中，没有识别标识的话，计算机就无法识别每个可执行程序，为了方便管理，于是便将每个可执行程序描述起来形成一个结构体，这个结构体也叫做进程控制块（process control block）简称PCB

计算机将每个可执行程序的PCB以链表的形式连接起来，于是就将进程的管理，转变成了对PCB增删查改。

所以什么是进程？

内核PCB对象（内核数据结构） + 可执行程序 = 进程

2.2 进程的调度

进程通过链表连接，这些进程又是怎么被调度运行的？

在CPU内部可以有一个运执行队列的数据结构，通过这个队列结构来实现对进程的调度。运行时进程可以被动态的调度，其实就是将可执行程序的PCB放入到执行队列当中。

也就是说：所有对进程的控制以及操作，只和进程的PCB有关，和进程的可执行程序无关。

PCB可以被放在任何数据结构当中，日常中的数据结构增删查改及练习，其实也就是对进程的管理方法。

2.3 描述进程-PBC

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

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

这些task_ struct中的数据全部都属于操作系统内部的数据。要获取这些数据（如pid），必须要调用系统调用。

3. 查看进程

了解完进程，我们在Linux环境下查看一下进程：

ps ajx

验证一下上边的结论：

我们可以在Linux环境下执行以下代码：

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main()
{ 
    while(1)
    { 
        printf("Hello world!\n");
        sleep(1); 
    } 
return 0;
 }

将代码编译执行：

此时程序就变成了进程，我们可以使用grep筛选查看：

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess

为什么有两个？

我们在筛查时，使用了grep指令，它也是一个程序，在执行搜索myprocess时它也是一个进程，所以第二个是grep的进程。

所以，只要程序一旦被运行运行就会产生进程

使用while循环每隔1秒筛查一次myprocess进程，注意观察筛查变化：

指令：

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

可以根据生成的可执行程序名称进行适当修改。

可以清晰的看到一个进程的产生与结束。

4. 通过系统调用获取进程标示符

进程id（PID）
父进程id（PPID）

在Linux中，一般普通进程都要它的父进程

在Linux环境下执行下面这个程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
 int main()
   {
         pid_t id = getpid();
         pid_t fid = getppid();
         while(1)
         {
             printf("Hello world! pid: %d ppid: %d\n",id,fid);                                                  
             sleep(1);
         }
  
         return 0;
  
  }

我们还是使用老方法，使用while循环每隔1秒筛查一次myprocess进程，注意观察筛查变化：