进程概念

（冯诺依曼体系结构，操作系统，进程概念，进程状态，环境变量，程序地址空间）

冯诺依曼体系结构：（计算机硬件体系结构）
输入设备，输出设备，存储器，运算器&控制器（CPU）
CPU想要处理数据，要从内存中取出进行处理–CPU执行的一个程序，首先要把程序从硬盘加载到内存

操作系统：
本质：一个软件程序
功能：对计算机进行软硬件管理
目的：让计算机更好用
完整的操作系统：内核+外部应用（linux内核）
各个操作系统厂商，根据linux内核进行定制化开发，然后加上自己封装的应用，组成自己的操作系统（Redhat，Debian…）
操作系统如何管理硬件
用户
库函数
系统调用接口
操作系统
硬件驱动
硬件
自上而下，由操作系统进行串联，

进程：
运行中的程序，是程序运行过程的动态描述，这写描述在pcb-进程控制块中，在linux下是一个task_struct结构体
操作系统管理和调度程序的运行是通过pcb来实现
pcb描述的信息：标识符（进程ID），内存指针（程序数据在内存中的地址），程序计数器，上下文数据（切换cpu寄存器中的数据会保存下来，这是其一），进程状态，io信息，…

进程状态：
状态标记了当前进程该如何被操作系统进行调度管理（标识一个进程什么状态该做什莫事）
课本上：
就绪–准备好了，拿到时间片就能运行
运行–CPU在处理，获得CPU
阻塞–因为某些特殊原因，暂时不能运行，满足某种条件后，被置为就绪状态，拿到时间片可以运行

linux下进程状态：
查看进程：ps -aux | grep name 查看进程状态 ps -ef | grep name 查看进程的父进程
进程的六种状态
运行态–R：正在被执行，以及拿到时间片就能执行的进程，正在运行或在运行队列中等待
可中断休眠–S：（因为某种运行条件不足，暂时不能被调度运行的进程，sleep(3)）,可以被kill -9 pid杀死
不可中断休眠态–D：无法被中断阻塞，只能等待阻塞的唤醒条件才能被调度执行，不可被kill
停止态–T：什么都不做，但还活着，可以被调度（与休眠不同，休眠是阻塞）
僵尸态–Z：进程退出运行，但是资源没有被完全释放，等待处理，pcb中还保存其信息

创建子进程：pid_t fork(void);–通过赋值调用进程（父进程）来创建一个新的进程（子进程）
返回值：在父进程中返回值是子进程的pid（大于0）；在子进程中返回0；出错返回-1；
在在系统的角度进程就是pcb，咋linux下是task_struct 结构体
创建一个进程就是创建了一个task_struct 结构体，也就是创建了pcb
fork创建就是复制了父进程中大部分数据
它们都是进程，平等关系，不是子集关系

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
  printf("hello\n");//如果没有换行就不会清空缓冲区，那么下面fork子进程，子进程会把缓冲区内容一块复制，就会出现和父进程一样的输出hellobye，有'\n'则只有bye会输出两次
  pid_t child=fork();
  printf("bye\n");
  return 0;
}

僵尸进程：子进程先于父进程退出，为了保存退出原因，退出后没有完全释放资源成为僵尸进程
危害：资源泄露
避免：进程等待（等待子进程退出，获取退出子进程的返回值，释放子进程资源，避免产生僵尸进程）
僵尸进程存在的原因就是为了保存子进程退出原因给父进程看，只要父进程获取了退出原因，资源就会被释放

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
  int ret=fork();
  if(ret==0)
  {
    printf("child--%d\n",getpid());
    sleep(5);//子进程休眠五秒后退出，但是父进程没有接受其返回值，所以成为僵尸进程
  }
  else 
  {
    printf("parent--%d\n",getpid());
    sleep(30);//让父进程休眠更长时间
  }
  return 0;
}

用ps查看进程

程序运行结果:

孤儿进程：父进程先于子进程退出，子进程成为孤儿进程
特性：运行在后台，父进程成为1号进程（以前叫init进程，现在是systemd）
fork创建子进程，父子进程的运行顺序是不一定的，在操作系统中，进程按照异步方式运行，按各自独立的、不可预知的速度向前推进

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
  int ret=fork();
  if(ret==0)
  {
    printf("我是子进程:pid=%d\n",getpid());
    sleep(10);
  }
  else 
  {
    printf("父进程:pid=%d,3秒后退出\n",getpid());
    sleep(3);
    exit(0);
  }
  while(1)
  {
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

子进程的ppid为1，状态为

1号进程systemd

孤儿进程会成为僵尸进程吗？—不会变成僵尸进程，会被1号进程收养

环境变量：保存当前程序运行环境参数的变量
优点:即时生效；让运行环境配置更加灵活；通过环境变量可以给运行的程序传递数据
终端shell有两种变量：环境变量（有继承性）、普通变量（无）
接口：char* getenv(char* name);
指令：env 查看所有环境变量 ； set 查看所有变量 ； echo 打印指定内容到终端
export 声明一个变量为环境变量 ； unset 删除变量
在程序中访问环境变量：
1.getenv接口；
2.main函数第三个参数 main(int agrc,char* argv[],char* env[])
3.全局变量：extern char**environ；

并发：独木桥，多个人，一次走一个，轮换着走
并行：更宽的桥，可以多个人同时一起走

程序地址空间：操作系统为每个进程描述的一个虚拟地址空间
内存地址：对存储区域的编号（以字节为单位）
程序地址空间更应称作：进程地址空间（运行起来的程序才会占据内存）
在一个进程中，所访问到的所有变量地址都是一个虚拟地址，（并不是真正的物理地址存储），虚拟地址经页表映射得到物理地址，从而访问物理内存
虚拟地址空间是一个结构体：linux下是mm_struct
系统通过mm_struct结构体向每个描述了一个虚拟的、连续的、完整的、线性的地址空间。
好处：1.每个进程都要一个完整独立的虚拟地址空间，贼地址可以随便使用，不用担心冲突（地址管理更加方便）
2.通过页表映射可以随机存储在物理地址的任意位置，实现数据离散式存储，提高内存利用率
3.在进行页表映射后可以进行访问权限的控制

内存管理方式：
分段式内存管理：将一整个的地址空间划分为多个段（代码段，数据段，栈区，堆区…）
作用：更加利于编译器对于地址的管理
段表：是一种数据结构，其中描述的信息，段号，物理内存的一个起始地址
虚拟内存地址：

段号	偏移量

通过段号找到段表项，得到一块物理内存的起始地址，起始地址+偏移量=实际物理地址
分页式内存管理：将一整的地址空间划分为大量的小分页page（当前一般默认4k字节一页）
作用：实现数据的离散存储，提高内存利用率
页表：页号，物理内存地址起始，缺页中断位，访问权限位…
虚拟地址组成：页号+页内偏移
通过虚拟地址中的页号直到对应的页表项，得到了一个物理内存块的起始地址，加上页内偏移就是实际的访问位置，不同的地方在于应用方向不同，分段式利于地址管理，分页式更倾向于碎片化管理，提高内存利用率和内存访问控制

访问权限位：标记当前地址能够进行什么样的操作
比如：0号地址（NULL）不可读不可写，对其进行解引用或修改，会造成内存访问错误，程序崩溃
比如：const修饰的常变量，只读；代码段的所有地址都是只读
缺页中断：当进程要访问一块内存时经过页表映射法先缺页中断为被置位（意思是这个地址原先的数据现在不在内存中），则会触发缺页中断。
内存交换：一个程序运行就要占据大量内存，内存有限，耗尽时就无法进行任何操作，内存交换就是将内存中的某些数据从内存中移出，放到硬盘，腾出内存空间
当访问数据刚好是刚被移出的数据，就会发生缺页中断，而当发生缺页中断时，内存就又要重新进行内存置换。频繁的置换和缺页中断，会造成性能大大降低，硬盘吞吐量太小
内存置换算法：
LRU–最久未使用 ；LFU–最少使用
交换分区的大小一般是内存的两倍，无具体大小。