进程概念（Linux）

一. 冯诺依曼体系结构

二. 操作系统(OS(操作系统的英文缩写Operator System))

2.1概念

2-2 设计OS的目的

2.3 核心功能

2.4 如何管理（先描述再组织）

2.5 系统调用和库函数概念

三.进程

3.1 基本概念与基本操作

3.2 描述进程-PCB

3.3 如何查看进程

3.4 PID，PPID 和 STAT（进程状态status）

3.5 Z(zombie)-僵尸进程

僵尸进程危害

3.6 孤儿进程

四.进程优先级

4.1 PRI and Nl

4.1.2 更改NI值

五.调度队列

5.1 活动队列

5.2 过期队列

5.3 active指针和expired指针

六.环境变量

6.1环境变量相关的命令

6.2 常见环境变量

6.3 查看环境变量方法

6.4 通过代码如何获取环境变量

七. 进程地址空间

7.1虚拟地址

7.2mm_struct

7.3 为什么要有虚拟地址空间

一. 冯诺依曼体系结构

笔记本，服务器，PC等大部分计算机都遵守冯诺依曼体系。

网图：

解释图片：

输入单元：包括键盘，鼠标，扫描仪，写板等
中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
输出单元：显示器，打印机等

这里的存储设备指的是内存，我们计算机存放游戏的磁盘叫外存！！
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(输入或输出设备)

二. 操作系统(OS(操作系统的英文缩写Operator System))

2.1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)。

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)

2-2 设计OS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（应用程序）提供一个良好的执行环境

2.3 核心功能

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

2.4 如何管理（先描述再组织）

1.描述，用struct结构体
2.组织，用链表或其他高效的数据结构

2.5 系统调用和库函数概念

系统调用在使用上，功能比较基础，比如(open，read，_exit()...)就是系统调用。

用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库。

比如（fopen，fread，fget，exit()...）

三.进程

3.1 基本概念与基本操作

课本概念：程序的一个执行实例，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。

3.2 描述进程-PCB

基本概念
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(process control block)，Linux操作系统下的PCB是: task_struct。

3.3 如何查看进程

比如我们有一个程序，让他一直运行

我们可以输入： gcc -o mytest test.c

生成：

在其运行期间：

就会有：

这些是什么？下面3.4会讲到

3.4 PID，PPID 和 STAT（进程状态status）

进程id (PID)
父进程id(PPID)

进程状态（STAT）

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(Disksleep)有时候也叫不可中断睡眠状态(uninterruptiblesleep)，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。

3.5 Z(zombie)-僵尸进程

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()函数）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。

僵尸进程危害

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！！！
那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，就会造成内存资源的浪费！！因为数据结构对象本身就要占用内存。

3.6 孤儿进程

父进程先退出（跟僵尸区别一下），子进程还在，就称之为“孤儿进程”。

孤儿进程被1号init进程领养，被init进程回收。

四.进程优先级

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权(priority)。

把重要的进程运行到指定的CPU上，或者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。

UID：代表执行者的身份（就像原神的UID一样）

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

4.1 PRI and Nl

PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得新的PRI变为：PRI = PRI(默认值) + nice

当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高（越快被执行）。所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值。

nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

4.1.2 更改NI值

用top命令更改已存在进程的nice：
先输入top ->进入top后按“r”->输入进程PID->输入nice值

五.调度队列

一个CPU拥有一个 runqueue

如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡问题

调度队列中存在活动队列和过期队列。

5.1 活动队列

时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在活动队列

注：时间片：当代计算机都是分时操作系统，没有进程都有它合适的时间片（其实就是一个计数器)。时间片到达，进程就被操作系统从CPU中剥离下来。

nr_active: 总共有多少个运行状态的进程

queue[140]: 一个元素就是一个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度，所以，数组下标就是优先级！

当一个进程运行完时，就会进入 过期队列 等待第二次运行

5.2 过期队列

过期队列和活动队列结构一模一样

过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程
当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算

5.3 active指针和expired指针

active指针永远指向活动队列
expired指针永远指向过期队列

因此，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有具有了一批
新的活动进程！就可以继续运行被过期队列重置的进程。

六.环境变量

环境变量(environmlentvariables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。

如：我们在编写C/C++代码的时候，X在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪
里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。
环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性。

6.1环境变量相关的命令

1. echo:显示某个环境变量值
2. export:设置一个新的环境变量
3. env:显示所有环境变量
4. unset:清除环境变量
5. set:显示本地定义的shell变量和环境变量

6.2 常见环境变量

1. PATH：指定命令的搜索路径
2. HOME：指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时，默认的目录)
3. SHELL: 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。

6.3 查看环境变量方法

echo $NAME（NAME:你的环境变量名称）

例子： PATH

6.4 通过代码如何获取环境变量

1. 通过第三方变量environ获取

比如：

注意： libc中定义的全局变量environ指向环境变量表，environ没有包含在任何头文件中，所以在使用时要用 extern 声明。

2. getenv（）

3 .putenv（）

4.putenv（）和 getenv（）的区别

七. 进程地址空间

7.1虚拟地址

我们输入一段代码（不想敲了）

1.首先我们使用fork建立一个父进程和一个子进程。

2.然后printf出他们的地址，我们就会发现父子进程，输出地址是一致的！！！

因为地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
在Linux下，这种地址叫做虚拟地址
我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS（操作系统）统一管理。

OS必须负责将 虚拟地址 通过页表映射关系转化成 物理地址 。