【Linux】进程概念一

news2024/11/15 4:21:08

进程概念一

冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

截止目前为止，我们所认识的计算机，都是一个个的硬件组成

输入设备：包括键盘，鼠标，网卡，磁盘，话筒
输出设备：显示器，磁盘，网卡，声卡，音响

输入设备，输出设备称之为外围设备，外围设备一般都比较慢一些，以磁盘为例相对于内存，磁盘是比较慢的。

这里我们可以思考一下，为什么不设计如下图所示的样子呢？

这里我们可以想到木桶原理，外设的效率非常低，但是CPU效率很高，整体效率就是以外设为主的。

所以因为有了内存的存在，我们可以对数据进行预加载，CPU以后在进行数据计算的时候，根本不需要访问外设了，而是直接访问内存就可以了。

但是这里我们怎么知道哪些内容需要预加载进CPU当中，通过大量的测试发现，预加载的内容一般都是加载内容旁边的内容。

关于冯诺依曼体系的几点：

这里的存储器指的是内存
不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设（输入设备或输出设备）
外设（输入或输出设备）要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存读取
所有的外围设备只能和内存打交道

理解：可执行程序是不是一个文件？是 -> 磁盘 -> 外设。必须先加载到内存中。

在硬件层面单机和跨机之间数据是如何流向的。

你和朋友，聊qq，你发送了一个在吗？整个信息如何在体系结构中流动的

结论：

在数据层面，一般CPU不和外设直接沟通，而是直接和内存打交道
外设只会和内存打交道

操作系统

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）

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

操作系统为什么对软硬件资源进行管理呢？

操作系统对下通过管理好软硬件资源（手段），对上给用户提供（安全、稳定、高效、功能丰富等）执行环境（目的）

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

操作系统，一款进行软硬件资源管理的软件

如何理解“管理”

管理者和被管理者是不需要直接沟通的。对管理做建模
管理的本质：对被管理对象的数据做管理

管理的本质：先描述，在组织

操作系统给我们提供良好的服务，并不代表操作系统相信我们，反而操作系统不相信任何人！

我们并不能进入操作系统来随心所欲的访问数据。

系统调用接口，其实就是操作系统设计的C函数，这里的操作系统就像银行的柜台一样，我们只能去做规定的操作。

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，从而形成了库，有了库就很利于更上层的用户或者开发者进行二次开发

承上启下

那在还没有学习进程之前，操作系统是怎样进行进程管理的呢？很简单，先把进程描述起来，再把进程组织起来！

进程

基本概念

课本概念：程序的一个实例，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

什么是进程？内核关于进程的相关数据结构和当前进程的代码和数据

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，Linux操作系统下的PCB是：task_struct

`task_struct-PCB`的一种

在Linux当中描述进程的结构叫做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

标识符：描述进程的唯一标识符，用来区别其他进程
状态：任务状态，退出代码，退出信号灯
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
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，使用的时钟总和，时间限制，记账号等

组织进程

可以在内核源码里找到它。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。

查看进程

进程的信息可以通过/proc系统文件夹查看

如果需要查看pid为1的进程可以通过这种手段来查看

/proc/1

大多数信息可以通过top和ps这些用户工具来获取

如下代码：

我们可以通过这个代码来查看有关这个进程的信息。

ps ajx | grep test | grep -v grep

通过系统调用获取进程标识符

进程id(PID)
父进程id (PPID)

bash本质上也是一个进程

命令行启动的所有程序，最终都会变成进程，而该进程对应的父进程都是bash

如何创建子进程的呢？

fork之后，执行流会变成2个执行流
fork之后，谁先运行由调度器决定
fork，fork之后的代码共享，通常通过if和else if来进行执行流分流

通过系统调用创建进程`fork`

关于fork介绍

在父进程当中fork会返回新创建子进程的id
在子进程当中fork会返回0
如果出现错误，返回一个负值

fork会有两个返回值
父子进程共享代码，数据各自开辟空间，私有一份（采用临时拷贝）
fork通过用if来分流

使用例子：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	int ret = fork();
	if (ret < 0) {
		perror("fork");
		return 1;
	}
	else if (ret == 0) { //child
		printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
	}
	else { //father
		printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
	}
	sleep(1);
	return 0;
}