文章目录
- 2.1进程概述
- 程序和进程
- **时间片**
- **并行和并发**
- **进程控制块(PCB)**
- 2.2进程状态转换
- **进程的状态**
- **进程相关命令**
- **实时显示进程动态**
2.1进程概述
程序和进程
程序是包含一系列信息的文件，这些信息描述了如何在运行时创建一个进程：
- 二进制格式标识：每个程序文件都包含用于描述可执行文件格式的元信息。内核利用此信息来解释文件中的其他信息。（ELF可执行连接格式）
- 机器语言指令：对程序算法进行编码
- 程序入口地址：标识程序开始执行时的起始指令位置
- 数据：程序文件包含的变量初始值和程序使用的字面量值（比如字符串）
- 符号表及重定位表：描述程序中函数和变量的位置及名称。这些表格有多重用途，其中包含调试和运行时的符号解析（动态链接）
- 共享库和动态链接信息：程序文件所包含的一些字段，列出了程序运行时需要使用的共享库，以及加载共享库的动态链接器的路径名。
- 其他信息：程序文件还包含许多其他信息，用以描述如何创建进程。
进程
- 进程是正在运行的程序的实例。是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。
- 可以用一个程序来创建多个进程，进程是由内核定义的抽象实体，并为该实体分配用以执行程序的各项系统资源。从内核的角度看，进程由用户内存空间和一系列内核数据结构组成，其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量，而内核数据结构则用于维护进程状态信息。记录在内核数据结构中的信息包含许多与进程相关的标识号（IDs）、虚拟内存表、打开文件的描述符表、信号传递及处理的有关信息、进程资源使用及限制、当前工作目录和大量的其他信息。
程序占用磁盘大小，进程占用内存和CPU资源
单道、多道程序设计
- 单道程序，即在计算机内存中只允许一个程序运行
- 多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插运行，两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态，这些程序共享计算机系统资源。引入多道程序设计的根本目的是为了提高CPU的利用率。
- 对于一个单CPU系统来说，程序同时处于运行状态只是一种宏观上的概念，他们虽然都已经开始运行，但就微观而言，任意时刻，CPU上运行的程序只有一个
- 在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU。而当下常见CPU为纳米级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。
时间片
- 时间片（timeslice）又称为“量子(quantum）”或“处理器片（processor slice）”是操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段CPU时间。事实上，虽然一台计算机通常可能有多个CPU，但是同一个CPU永远不可能真正地同时运行多个任务。在只考虑一个CPU的情况下，这些进程“看起来像”同时运行的，实则是轮番穿插地运行，由于时间片通常很短（在Linux上为5ms-800ms），用户不会感觉到。
- 时间片由操作系统内核的调度程序分配给每个进程。首先，内核会给每个进程分配相等的初始时间片，然后每个进程轮番地执行相应地时间，当所有进程都处于时间片耗尽的状态时，内核会重新为每个进程计算并分配时间片，如此往复。
并行和并发
- 并行（parallel）：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行
- 并发（concurrency） :指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使得多个进程快速交替的执行。
并发是两个队列交替使用一台咖啡机
并行是两个队列同时使用两台咖啡机
进程控制块(PCB)
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为了管理进程，内核必须对每个进程所做的事情进行清楚的描述。内核为每个进程分配一个PCB（Processing Control Block）进程控制块，维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。
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在/usr/src/linux-headers-xxx./include/linux/sched,h文件中可以查看struct task_struct结构体定义。其内部成员有很多，我们只需要掌握以下部分即可：
–进程id:系统中每个进程有唯一的id，用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数
–进程的状态：有就绪、运行、挂起、停止等状态
–进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器
–描述虚拟地址空间的信息
–描述终端的信息
–当前工作目录（Current Working Directory）
–umask掩码
–文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针
–和信号相关的信息
–用户id和组id
–会话（Session）和进程组
–进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。
ulimit -a 指令显示资源上限。
2.2进程状态转换
进程的状态
进程状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。在三态模型中，进程状态分为三个基本状态：就绪态、运行态、阻塞态。在五态模型中，进程分为新建态、就绪态、运行态、阻塞态、终止态。
- 运行态：进程占有处理器正在运行
- 就绪态：进程具备运行条件。等待系统分配处理器以便运行。当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。在一个系统中处于就绪态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列
- 阻塞态：又称为等待（wait）态或睡眠态（sleep），指进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成
- 新建态：进程刚被创建时的状态，尚未进入就绪队列
- 终止态：进程完成任务到达正常结束点，或出现无法克服的错误而异常终止，或被操作系统及有终止权的进程所终止时所处的状态。进入终止态的进程以后不再执行，但依然保留在操作系统中等待善后。一旦其他进程完成了对终止态进程的信息抽取之后，操作系统将删除该进程。
进程相关命令
查看进程
- ps aux/ajx （process）
- a:显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程
- u:显示进程的详细信息
- x:显示没有控制终端的进程
- j:列出与作业控制相关的信息
ps aux
ps ajx
PID：processID 进程编号
CPU：MEM(memory)
TTY：当前进程所属终端
stat：状态，start为开始时间
start：开始时间
time：持续的时间
command：执行的命令
PPID：父进程的ID(A进程产生了B进程)
PGID：进程组的ID
SID：会话ID。
STAT参数意义
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D ：不可中断 Uninterruptible(usually IO)
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R ：正在运行，或在队列中的进程
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S：（大写） 处于休眠状态
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T ：停止或被追踪
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Z ：僵尸进程
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W ：进入内存交换（从内核2.6开始无效）
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X ：死掉的进程
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< ：高优先级
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N ：低优先级
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s ：包含子进程
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+：位于前台的进程组
实时显示进程动态
top
可以在使用top命令时加上-d来指定显示信息更新的时间间隔，在top命令执行后，可以按以下按键对显示的结果进行排序。（直接按，不用输命令）
- M：根据内存使用量排序
- P：根据CPU占有率排序
- T：根据进程运行时间长短排序
- U：根据用户名来筛选进程
- K：输入指定的PID杀死进程
杀死进程
- kill [-signal] pid
- kill -l 列出所有信号
- kill -SIGKILL 进程ID：强制杀死该进程
- kill -9 进程ID：强制杀死该进程
- killall name 根据进程名杀死进程
./a.out &表示后台运行，只执行其他指令
进程号和相关函数
- 每个进程都由进程号来标识，其类型为pid_t（整型），进程号的范围：0-32767。进程号总是唯一的，但可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。
- 任何进程（除init进程）都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程，对应的进程号称为父进程号（PPID）
- 进程组是一个或多个进程的集合。它们之间相互关联，进程组可以接收同一终端的各种信号，关联的进程有一个进程组号（PGID）。默认情况下，当前的进程号会当作当前的进程组号
- 进程号和进程组相关函数
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
pid_t getpgid(pid_t pid);
