大家好我是沐曦希💕

文章目录

一、操作系统进程
- 1.运行队列
- 2.进程状态
二、Linux进程状态
三、两个特殊进程
- 1.僵尸进程
- 2.孤儿进程
四、进程优先级
- 1.优先级概念
- 2.查看系统进程
- 3.PRI和NI
- 4.nice值的更改
- 5.特性
五、进程切换
- 1.并发
- 2.进程如何切换

一、操作系统进程

什么是进程状态：我们知道，一个程序被加载到内存变成进程之后，操作系统要对该进程进行管理，即为其创建对应的PCB对象；而进程状态，本质上就是PCB内部的一个整形变量，不同的整形值就对应不同的进程状态。

在普遍的操作系统层面来看，进程状态可能有如下几种：运行、挂起、阻塞、新建、就绪、等待、挂机、死亡。

进程的不同状态本质都是用来满足不同的运行场景的。

1.运行队列

进程如何在CPU上运行的：CPU在内核上维护了一个运行队列，进行对进程的管理。让进程入队列，本质就是将该进程的task_struct 结构体对象放入运行队列之中。

一个CPU就一个运行队列

2.进程状态

运行状态

进程PCB在运行队列里就是运行状态，不是说这个进程正在运行，才是运行状态。

状态是进程内部的属性，所有的属性在PCB里

进程不只是占用CPU资源，也有可能随时要外设资源

阻塞状态

进程不在运行队列之中，进程不能直接被调度，而是在等待外设资源的状态，进程的PCB就被放在硬件的等待队列中。本质是对tack_struct对象放到不同的队列中！

综上，所谓的进程不同的状态，本质是进程在不同的队列之中，等待某种资源

挂起状态

如果系统中存在许多进程，进程短期内不会被调度，代码和数据在短期内不会被执行，此时如果内存空间不足，操作系统就可以把代码和数据暂时保存到磁盘上，节省一部分空间，该进程暂时被挂起了，这就是挂起状态。

对于阻塞状态和挂起状态，阻塞不一定挂起，挂起一定是阻塞。

总结：进程状态改变的本质是进程对应的 PCB (task_struct 对象) 处于不同设备的运行队列/等待队列中。

二、Linux进程状态

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。
z僵尸状态（zombie）：这个状态是一个已经运行完的子进程等待父进程回收它的返回信息。

那么我们可以亲自操作来查看各种状态

ps aux / ps axj //命令

在这里插入图片描述

运行状态R
休眠状态S

这是因为printf要访问外设显示器，而外设相对于CPU是比较慢的，需要等待显示器就绪要花比较长的时间。
停止状态T

而对于S来说是浅度睡眠，可以被终止
D是深度睡眠，在该状态的进程，无法被OS杀掉，只能通过断电、进程自己醒来进行解决。通常在要进行多次访问外设或者写数据到外设(高IO）的情况下出现。
t状态
这也是一种暂停状态，tracing stop表示该进程正在被追踪，即进行调试时候会显示t状态。(这里不作演示了)
补充
状态后面带’+‘表示是前台进程，状态后面不带’+'是后台进程。
前台进程不能解释命令，但是可以用ctrl+c终止该进程
后台进程能解释命令，但不可以用ctrl+c终止该进程，用kill -9 进程PID来终止进程。

三、两个特殊进程

进程被创建出来是完成任务的，进程退出的时候，就要知道它完成任务的情况，所以该进程不能被立即释放，而是对应的资源保存一段上机，让父进程或者操作系统来进行读取任务完成情况；也有时候我们不关注结果。

1.僵尸进程

进程退出了，但退出信息没有父进程或者OS被回收，那么此时该进程就处于僵尸进程。

演示：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
监控脚本命令：

defunct的意思是失效的,也就是进程是已经死亡的，但是没有被回收。把左侧终止，在执行上面监视的命令，就不存在上面的进程了，这是因为把父子进程都终止的时候，操作系统自动回收了。

这就是僵尸进程。内存泄漏不仅仅只体现在malloc\new上，在系统中也会存在。

总结

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,后面讲）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。

僵尸进程的危害

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

2.孤儿进程

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。

演示：

先来看一看z状态（杀掉子进程）：

在这里插入图片描述

重新运行，看孤儿进程(杀掉父进程):
在这里插入图片描述
父进程结束掉没有看到它的僵尸状态：父进程也有父进程，都是bash的子进程，所以bash这个进程把父进程的资源回收了

此时的2019变成1了：1就是对应的操作系统。子进程被1号领养的就是孤儿进程。

父进程先退出的现象是一定存在的，子进程会被操作系统领养（1号进程），这是为了回收子进程退出的时候对应的僵尸，管理子进程

被领养的进程就是孤儿进程。

同时，子进程以前的状态是S+，现在变成了S，如果前台进程创建的子进程，如果变成孤儿会自动变成后台（此时用ctrl+C杀不掉，只能用kill解决）
在这里插入图片描述

四、进程优先级

1.优先级概念

优先级（PRI）

即获取资源的先后顺序和先后被执行的能力。优先级高的先获得和执行，优先级低的反之。
存在的原因:资源太少，需要资源分配。

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。

Linux的优先级

优先级本质就是PCB里面一个整数数字(或者几个整型数字)

Linux优先级有一个特点：很快

2.查看系统进程

在linux或者unix系统中，用ps –l/ps -al命令则会类似输出以下几个内容：
在这里插入图片描述

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，亦即父进程的代号
PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
NI ：代表这个进程的nice值

3.PRI和NI

Linux中由两个整型数字决定优先级:PRI（priority）和NI（nice）

最终优先级 = 老的优先级（PRI）+ NI（nice)

注意：Linux下的老的优先级PRI默认值是80！而NI取值是有范围，取值范围是[-20,19]。也就意味着优先级是有取值范围的[80-21,80+19]

在Linux下支持进程在运行中进行优先级调整的，调整的策略就是更改nice完成的，也就是说会受到nice值影响（但是一般情况下不修改）

但是大部分情况下，nice值是默认的也就是0：

在这里插入图片描述

这里的PRI优先级是80，NI值是0

4.nice值的更改

步骤1：sudo top

步骤2：进入top后输入r然后在输入进程的pid(进入进程)输入要修改nice的值
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
用top命令进行修改：（先输入命令sudo top后在输入r,在输入进程的PID)

看到这个界面就可以开始更改NI值了

修改NI值

再输入要修改的值，这里以-100为例子，出现以下情况（最终变成-20）：
在这里插入图片描述
这里在修改成100，出现以下情况（最终变成19）：

注意：调优先级并不意味着你可以随便调，这是操作系统不允许的，会导致调度失衡。所以有着一定的取值范围

nice的取值范围是[-20,19]，一共40个数字

需要注意的是：每次调动优先级时候，PID值都会从默认值80开始，NI值从0开始，不存在累加累减情况。

5.特性

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

这里的独立性对于父进程和子进程是否还是存在？yes

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        while(1)
        {
            printf("this is child process,pid: %d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
            int *p = NULL;
            *p = 100;//野指针
         }
     }
    else
    {
        while(1)
          {
              printf("this is parent process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
              sleep(1);
          }
    }
}