(初)进程概念

认识冯诺依曼系统

操作系统(Operator System)

设计OS的目的：

定位：

如何理解管理：

总结：

系统调用和库函数概念：

进程

基本概念：

描述进程PCB

task_struct - PCB的一种

task_struct内容分类

组织进程：

查看进程：

通过系统调用获取进程标识符

通过系统调用创建进程-fork

进程状态

进程状态查看：

孤儿进程

进程优先级

基本概念：

查看系统进程：

PRI and NI

环境变量

常见的环境变量

环境变量相关的命令

环境变量的组织方式

认识冯诺依曼系统

输入单元：键盘，鼠标，书写板等
中央处理器(cpu)：含运算器和控制器等
输出单元：显示器，打印机等

以下是强调的几点：

这里的存储器指的是内存
不考虑缓存的情况下，这里的CPU只能对内存进行读写，不能访问外设
外设(输入或输出设备)要输入或者输入数据，也只能写入内存或者从内存中读取
一句话，所有的设备都只能直接和内存打交道

操作系统(Operator System)

任何计算机都包含一个基本的程序集合，叫做操作系统。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（函数库，shell程序等）

设计OS的目的：

为硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序提供一个良好的执行环境

定位：

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正搞管理的软件

如何理解管理：

描述被管理对象
组织被管理对象

总结：

计算机管理硬件：

1.描述起来，用struct结构体

2.组织起来，用链表或者其他高级数据结构

系统调用和库函数概念：

在开发角度，操作系统对外表现出一个整体，但是会暴露自身的部分接口供上层开发使用，这部分由操作系统系统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，所以就有开发商对系统调用进行了适当的封装从而形成了库，有了库就更利于上层用户或开发者进行二次开发

进程

基本概念：

概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序

内核观点：担当分配系统资源(cpu时间，内存)的实体

描述进程PCB

进程被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解成为进程属性的合集
课本上称为PCB(process control block ),LInux操作系统下的PCB是task_struct

task_struct - PCB的一种

在linux下，描述进程的结构体叫做tast_struct
tast_struct 是linux内核的一种数据结构，他会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

task_struct内容分类

标示符：描述本进程的唯一代码标示，用来区别其他进程
状态：任务状态，退出代码，退出信号等
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[休学例子，要加图cpu，寄存器]
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等
记账信息：可能包括处理器时间总和，使用时钟数总和，时间限制，记账号等
其他信息

组织进程：

可以在内核源代码中找到他。所有运行在系统里的进程都已tast_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 系统文件来查看

如：要获取pid为1的进程的信息，就需要/proc/1 , 大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取。

通过系统调用获取进程标识符

进程id PID
父进程id PPID

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("pid: %d\n", getpid());
    printf("ppid: %d\n", getppid());
    return 0;
}

通过系统调用创建进程-fork

运行man fork来认识fork
fork 有两个返回值
父子进程代码共享，数据各自开辟一份空间，私有一份（采用写时拷贝）
fork后通常要用 if 分流

#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;
}

进程状态

R 运行状态(running): 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程不是在运行中就是在运行队列里
S 睡眠状态(sleeping)：意味着进程在等待事件的完成(这里叫做可中断睡眠)
D 磁盘休眠状态(disk sleep)：叫做不可中断睡眠，在这个状态下的进程通常会等待IO的结束
T 停止状态(stopped)：可通过发送SIGSTOP 信号来停止 T 进程。这个被暂停的 T 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，不会在任务列表中看到这个状态
Z 僵尸进程(zombie)：当进程退出且父进程没有读取到子进程的退出码的时候就会出现，僵尸进程会以终止状态保存在进程表中，并且会一致等待父进程读取退出状态码。所以子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程的进程状态，子进程就会进入Z状态

下面创建一个维持30s的僵尸进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(id > 0)
    { //parent
        printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
        sleep(30);
    }
    else
    {
        printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

僵尸进程的危害：

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉他的父进程，他交给子进程的任务完成的怎么样了。这样如果父进程一直不去读取子进程状态的话，那么子进程就会一直处于僵尸状态
进程退出状态也需要用数据维护，也属于进程的基本信息，所以在task_struct(PCB)中，如果Z状态一直不结束，PCB就要一直进行维护
所以如果一个父进程创建的很多子进程但是却不回收，就会造成资源的浪费，因为数据结构的对象本身就要占用内存
综上僵尸进程会导致内存泄漏

进程状态查看：

ps aux / ps axj 命令

孤儿进程

父进程提前退出，子进程后退出，子进程进入Z状态
父进程先于子进程退出，那么子进程就称之为“孤儿进程”
孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程进行回收

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if (id == 0)
    { // child
        printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
        sleep(10);
    }
    else
    { // parent
        printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
        sleep(3);
        exit(0);
    }
    return 0;
}

进程优先级

基本概念：

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）
优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的Linux很有用，可以极大的改善系统性能
还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以改善性能

查看系统进程：

UID：代表执行者的身份
PID：代表这个进程的代号
PPID：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来，即父进程的代号
PRI：代表这个进程可被执行的优先级，其志越小越早被执行
NI：代表这个进程nice值

PRI and NI

PRI就是进程的优先级，通俗点就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级越高
NI就是我们说的nice值了，表示进程可被执行的优先级修正数值
PRI值越小越快被执行，加入nice值后PRI(new) = PRI(old) + nice
这样nice值为负值的时候，该程序优先级会变高，越快被执行
调整优先级在Linux下就是调整进程nice值，nice取值是-20至19 共40个级别
需要强调的是，进程的nice值不是进程的优先级，nice值和优先级不是一个概念，但是nice值会影响到优先级变化

其他概念：

竞争性：系统进程数目多，而CPU资源只有少量，所以进程之间是具有竞争性的。
独立性：多进程运行，需要独享各种资源，在运行期间不受干扰
并行：多个进程在多个CPU下分别同时进行运行
并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程得以推进