Linux 进程介绍

news2024/11/23 15:47:13

今天给伙伴们分享一下Linux 进程介绍，希望看了有所收获。

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一、进程概念讲解

Linux是一种开源的操作系统，它的核心思想是基于冯诺依曼体系结构。是一款基于Unix操作系统的开源软件，它的核心是由Linus Torvalds在1991年开发的。Linux的出现，让计算机操作系统的世界发生了翻天覆地的变化。它的出现，让计算机操作系统变得更加稳定、安全、高效，并且更加适合服务器和嵌入式设备等领域的应用。在Linux的发展历程中，冯诺依曼体系结构的特点也起到了重要的作用。

二、冯诺依曼体系结构（了解）

冯诺依曼体系结构是计算机体系结构的一种，它是由冯·诺依曼在1945年提出的。冯诺依曼体系结构的特点是将程序和数据存储在同一个存储器中，并且采用了存储程序的概念。
这种体系结构的优点是程序和数据可以共享同一块存储器，从而减少了存储器的浪费，提高了计算机的效率。此外，冯诺依曼体系结构还采用了指令流水线和缓存等技术，进一步提高了计算机的性能。
在Linux的发展历程中，冯诺依曼体系结构的特点也得到了充分的体现。Linux的内核采用了冯诺依曼体系结构，将程序和数据存储在同一块存储器中，并且采用了存储程序的概念。这种设计使得Linux的内核具有高效、稳定、安全的特点，能够在各种不同的硬件平台上运行。
计算机硬件的体系结构如下：

设备归类	具体	解释
输入单元	键盘、鼠标、网卡等	以内存为视角，输入信号的被称为输入设备
输出单元	显示器，打印机、网卡等	以内存为视角，输出信号的被称为输出设备
存储器	内存	存储器指的是内存，并不是磁盘等外部设备
运算器和控制器	中央处理器（CPU）	运算器执行数学运算和逻辑运算，控制器执行指令控制逻辑

输入输出设备都被称为外设。输入设备和输出设备并不是非此即彼的，根据使用情况可归为不同的类。
内存是体系结构的核心。外设只能读写内存，同样CPU只能读写内存，CPU和外设之间不可直接交互。
内存分为不同级别的存储单元，如下图所示：

在这里插入图片描述

1、操作系统的定义

系统启动之前是作为文件存储在磁盘中的。只有启动的操作系统才有意义。

2、操作系统的目的

对下：与硬件交互，管理所有的软硬件资源；
对上：为用户程序提供一个稳定、高效、安全的执行环境。
操作系统的定义：操作系统就是一款针对软硬件资源进行管理工作的软件。
操作系统的核心思想就是管理，是对各种资源进行决策和执行。决策需要各种硬软件资源的信息，执行就需要下属的硬软件执行对应的指令。

3、计算机整体结构

计算机体系结构在宏观上指的是冯诺依曼体系结构。还可以划分的更具体一些：

操作系统之下是一些硬件，如网卡、磁盘等，和硬件对应的驱动程序。
操作系统内置最基本的系统软件：进程管理、内存管理、文件系统、驱动管理。通过这些系统级软件，管理软硬件资源。
操作系统之上就是各种软件和用户级程序。

在这里插入图片描述

三、进程的定义

肤浅的来说，加载到内存中的程序就叫做进程
进程在形成之初，操作系统就会为其创建进程控制块 PCB。进程控制块PCB用于描述进程，其中存储着进程的所有属性。
启动程序的本质，就是在内存上创建进程。

3、进程/线程/程序的区别

进程： 是程序运行的过程，生命周期及运行状态，是已启动的可执行程序的运行实例。

进程有以下组成部分：
- 已分配内存的地址空间，程序被加载到内存中，系统自动为其创建PCB，以管理该进程。；
- 安全属性包括所有权，凭据和特权；
- 程序代码的一个或多个执行线程；
- 进程状态

**线程：**进程和线程都是由操作系统所体现的程序运行的基本单元，系统利用该基本单元实现系统对应用的并发性。进程和线程的区别：简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。

程序： 程序本质就是文件，是编译生成的二进制可执行文件（程序即二进制文件），静态实体 /bin/date,/usr/sbin/sshd

在这里插入图片描述

操作系统在处理进程时，不是直接操作程序而是读写PCB，因为PCB中含有程序的所有属性。也就是说，进程管理与进程对应的程序毫无关系，只与进程的PCB强相关。
Linux 系统中，进程控制块PCB 就是一个名为task_struct的结构体

4、进程的属性

进程ID（PID)：是唯一的数值，用来区分进程
父进程的ID（PPID)
启动进程的用户ID（UID）和所归属的组（GID）
进程状态：状态分为运行R（running）、休眠S（sleep）、僵尸Z（zombie）
进程执行的优先级
进程所连接的终端名
进程资源占用：占用资源大小（内存、CPU占用量，时间）

5、进程的生命周期

父进程复制自己的地址空间（fork [fɔ:k] 分叉）创建一个新的（子）进程结构。
每个新进程分配一个唯一的进程 ID （PID），满足跟踪安全性之需。
PID 和父进程 ID （PPID）是子进程环境的元素，任何进程都可以创建子进程，所有进程都是第一个系统进程的后代。
- centos5或6PID为1的进程是：init
- centos7 PID为1的进程是： systemd
- centso8 PID为1的进程是： systemd

**僵尸进程：**一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程。

父进程退出了，子进程没有退出，那么这些子进程就没有父进程来管理，就变成僵尸进程。

6、PCB 的内部构成

进程编号 —— 每个进程都有编号或称标识符，也就是 PID，具有唯一性用来区别于其他进程。
进程状态 —— 包括进程退出时的退出码、退出信号、任务状态等。
- 进程结束时的返回值就是返回给系统的退出码，最后被父进程获取。比如 ls 命令结束时的返回状态码 0;`。任务状态描述进程的运行状态，比如有等待状态，死亡状态，阻塞状态，挂起状态等。
- ```
$ echo $? # 获取最近一次执行命令的退出码
```
优先级 —— 进程很多而 CPU 只有几个，不可能同时运行多个进程，优先级决定了进程的运行先后顺序。
程序计数器 —— 或称 pc 指针，保存程序中即将被执行的指令的地址。
内存指针 —— 指向程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享内存块的指针。
I/O状态 —— 包含显式的IO请求，分配给进程的IO设备，被进程使用的文件列表。
审计信息 —— CPU 中有调度模块，负责均衡地调度在运行的进程，使之能较为公平的获得CPU资源得以被执行。而调度模块需要的参考信息就是存在 PCB 中的审计信息。
上下文数据 —— 包含进程对应程序的执行状况等信息的数据。