操作系统OS--进程

news2024/11/13 18:45:41

目录

操作系统是什么

进程

进程的状态   

1.并行和并发

2.时间片

进程优先级

进程切换

task_struct内容分类:


操作系统是什么

操作系统本质上是一款纯正的“搞管理”的软件

你的程序不能直接写入硬件,都必须通过操作系统

对软硬件之间进行交互:对上要给用户提供一个稳定的,高效的,安全的运行环境(目的!)

以人为本! 对下软硬件资源的管理,稳定的,高效的,安全的,能进行良好的工作(手段)

操作系统是怎么管理的:通过数据结构task_struct(PCB),对数据结构的增删查改来进行对数据的管理也就是:先描述在组织!!

操作系统对上怎么操作的?由于操作系统不允许用户直接访问所以开放接口:使用系统调用的接口

操作系统必须向上提供各种接口,方便上层使用—开放(只开放)

因为操作系统的底层是C语言写的,所以接口只能是C语言的接口,所有软件的底层,都必须和c直接或间接相关。Java的虚拟机,和python的解释都是用c写的

然而系统调用接口对于大部分学习成本高所以开放用户操作接口,比如程序员给写好的库,或者shell外壳,或者直接操作的图形化界面

系统调用接口,需要对系统有所了解,对一般程序员,使用会比较麻烦:库

进程

进程 = 内核数据结构(task_struct)+ 程序的代码和数据

运行起来的程序—》进程会被根据task_struct属性被os调度器调度,运行

课本:内核观点:担当分配系统资源(CPU时间,内存)的实体—正确但不好理解

一个程序从磁盘中读取到内存,它还不是个进程,要在操作系统存在在的数据结构中才叫进程。就比如我在清华大学,我就是清华大学的学生了吗?不是,要在清华大学的学生系统里才算。

也就是学生 = 人+属性;

进程 = 数据加属性。

操作系统中存在数据结构task_struct。我们的程序代码只是作为一个结构体的属性,由一个指针指向即可,结构体中还存在其它属性:编号,状态等等。实际上操作系统结构体里的属性相当多

Task——struct中重要的属性

把程序运行起来,本质就是在系统中启动了一个进程

PID进程标识符 区分进程唯一性

Exe属性  是可执行程序的位置,在磁盘中的位置磁盘

cwd(当前目录)  

当前路径:进程的CWD

Proc是内存级的属性文件,关机即清空,内存中的数据以文件的形式存在

Ppid父进程

Bash 命令行解释器 –shell所有命令行解释器的总称

命令行中,执行命令/执行程序,本质是bash的进程,创建的子进程了,由子进程执行我们的代码。  使用系统调用,创建进程

Fork创建一个子进程,返回一个

Linux进程整体是树形结构

父子进程 fork的代码共享,数据各自私有一份

进程之间有很强的独立性,多个进程之间,运行时互不影响,即便是父子

代码是只读的

一个函数,fork,怎么会有俩返回值

创建子进程的task_struct是拷贝父进程的

在fork返回之前,都已经生成父子进程了,只是还没有返回,所以都有return 语句,所以有俩返回值、。

Fork之后,谁先运行不确定。由OS调度器自主决定

PCB   :task_struck-PCB的一种

进程的状态   

等键盘的叫阻塞

等cpu的叫运行

1.并行和并发


CPU执行进程代码,不是把进程代码执行完毕,才开始执行下一个。而是给每一个进程预分配一个 时间片,基于时间片,进行调度轮转(单CPU下),并发

并发:在一段时间之内,让多个进程都得以推进,称之为井发

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


2.时间片


Linux/windows民用级别的操作系统,(分时操作系统)  ->调度任务追求公平


3.进程具有独立性 

  • 代码共享,数据私有:父子进程通过fork创建,代码共享,数据各自私有一份。进程之间有很强的独立性,多个进程之间运行时互不影响,即便是父子进程。
  • 返回值与调度:一个函数fork会有两个返回值。在fork返回之前,已经生成了父子进程,只是还没有返回,所以都有return语句。fork之后,谁先运行不确定,由操作系统调度器自主决定。


实时操作系统
等待的本质 :连入目标外部设备,CPU不调度!

阻塞挂起状态,在内存严重不足的时候,代码和数据会换入到磁盘的swap分区,只有,取到数据进入运行队列的时候将数据换入,效率慢了,时间换空间 。云服务器不用swap分区,换入换出是io很慢*

等待磁盘是状态D键盘S 

Main 的返回值是告知父进程/操作系统,我把任务完成的怎么样

僵尸状态--Z:维持退出信息,方便父进程和操作系统来进行查询,在查询结束后进程才会死亡

先创建task_struck再导入数据,task_struck创建好的时候就已经是个进程了。

释放的时候先释放代码和数据。

僵尸进程,如果没人管我,我会一直僵尸

父进程退出,子进程会被系统领养,叫孤儿进程

//
static const char * const task_state_array[] = {
    "R (running)",    /* 0   运行状态*/  
    "S (sleeping)",   /* 1   休眠状态 */
    "D (disk sleep)", /* 2   磁盘级的休眠状态--不可打断*/
    "T (stopped)",    /* 4   进程做了非法但是不致命的操作,被OS暂停了*/
    "t (tracing stop)", /*8  进程被追踪的时候,断点停下,状态就是t*/
    "X (dead)",       /* 16  死亡状态*/
    "Z (zombie)",     /* 32  僵尸状态*/
}

先创建task_struck再导入数据,task_struck创建好的时候就已经是个进程了。

释放的时候先释放代码和数据。

僵尸进程,如果没人管我,我会一直僵尸

父进程退出,子进程会被系统领养,叫孤儿进程

ps命令加pid可以查看进程状态

这个图片在杀死子进程的时候状态变成了Z

进程优先级

优先级数字越小优先级越高

PRI:当前进度的优先级

NI:优先级的nice数据 优先级的修正数据 -20~19

最终优先级 = pri(默认/老的default 80 )+nice  

进程切换

Eip(pc)寄存器,当前正在执行指令的下一条的地址  pc=当前地址+读进来的指令长度,ir读进来后pc指针就可以更新

Ir指令寄存器 正在执行的指令

切换核心:进程上下文数据的保存和恢复

1、取指令2、更新pc 3、分析执行指令

Cpu处理数据的时候产生的数据叫上下文数据

进程上下文数据保存在PCB‘里就好了

调度

FIDO调度  几乎没用了 因为有优先级

linux真实调度算法

新进程和时间片到了的进程被放到过期队列,不能放到活跃队列(会导致进程饥饿问题)

Active队列结束完了后,交换过期队列和活跃队列的指针就可以了

Nr_active 是队列有几个进程

Bit_map [5]位图,一次跳32个位置,最多查37次,

Linux内核O(1)调度算法

通过一个变量找结构体

task_struct内容分类:

标识符

描述本进程的唯一标示符,用来区别其他进程。

这是进程的一个唯一标识,用于在系统中区分不同的进程。

状态

任务状态,退出代码,退出信号等。

进程的状态包括运行、睡眠、停止等,以及进程退出时的相关代码和信号。

优先级

相对于其他进程的优先级。

进程的优先级决定了它在系统中的执行顺序,优先级高的进程会先得到 CPU 资源。

程序计数器

程序中即将被执行的下一条指令的地址。

这是 CPU 在执行程序时用于记录下一条要执行指令的地址的寄存器。

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。

进程在内存中的位置和数据存储的指针,包括与其他进程共享的内存。

上下文数据

进程执行时处理器的寄存器中的数据(例如,要加 CPU,寄存器)。

当进程被切换时,当前的寄存器状态需要保存,这就是上下文数据。

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。

进程在进行 I/O 操作时的相关状态和设备使用情况。

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。

用于记录进程使用系统资源的情况,如 CPU 时间、时钟周期等。

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