Linux进程 - 技术栈

进程

一、冯诺依曼体系结构

这里的存储器指的是内存，而磁盘、U盘等都是外存；

输入设备和输出设备都是外设，输入设备包括：键盘、摄像头、话筒、磁盘、网卡、鼠标；输出设备包括：显示器、播放器、磁盘、网卡；

CPU包括运算器和控制器，分别进行算术逻辑运算和流程控制；

外设和CPU之间使用总线连接起来，进行传输；

CPU寄存器是纳秒级别，内存是微秒级别，外设是毫秒级别的；由木桶原理可知，最终的效率是由外设决定的，速度相差太大。而内存可以起到适配速度差的效果，最终表现出来的就是内存的速度；

执行可执行文件的时候，会将磁盘数据预加载到内存中，之后的交互过程实际上是CPU与内存之间的，并行IO过程靠的就是CPU与内存的交互，而CPU的运算过程必须保证是串行的；

冯诺依曼体系结构规定程序运行先载入到内存中，这是由硬件决定的，即软件依赖硬件；

二、操作系统

2.1认识操作系统

操作系统是一款进行软硬件资源管理的软件。

对于软件的运行通常是从上往下贯穿执行的，依次是用户->用户操作接口(shell、库函数)->系统调用->操作系统内核(内存模块、进程模块、文件模块、驱动模块)->驱动程序->硬件；

操作系统的核心工作就是通过对下管理好软硬件资源，对上提供一个良好的使用和操作环境；

系统调用是用c实现的函数，专门用来调用操作系统；由于操作系统不相信用户，防止非法地访问，只是对外提供来系统调用接口；

2.2操作系统管理

先描述再组织，将被管理对象的属性提取出来，然后用某中数据结构将对象存储起来；即用结构体对象来描述不同的对象，这其实就是计算机世界对现实世界的抽象建模；

三、进程的认识

3.1进程

一个正在运行的程序叫做进程。进程之前一定是相互独立的；

shell 复制代码

ps axj
#查看所有进程
top
#查看当前运行的进程
kill -9 pid
#杀死pid进程
kill -l
#查看所有信号

操作系统将进程对象管理起来，使用结构体对象PCB(进程控制块)描述，然后使用双向链表进行组织；

Linux中的结构体对象是task_struct，存放着当前进程的属性，包括标识符如pid，状态，优先级，程序计数器用来恢复进程上下文，内存指针找代码和数据，记账信息：记录调度时间；

/proc目录下存放着进程的信息，通过pid来查找相应的目录，exe指的是当前程序所在的目录，cwd指的是当前工作目录。每一个命令行都是是一个bash进程；

shell 复制代码

getpid()#获取当前进程pid
getppid()#获取父进程pid
fork()#创建子进程

子进程和父进程如果看到的是同一份资源，为了保证进程的独立性，其中进行写入的一方要进行写时拷贝；

3.2进程状态

3.2.1一般进程状态

一般的操作系统进程状态分为运行、阻塞、挂起；

运行队列的进程处于运行态，随时可以被调度器进行调度；为防止一个进程长时间占有CPU时间，导致其他进程饥饿，使用了时间片进行管理，即时间片时间一到，就切换进程；

由于需要硬件响应，进程会从运行队列移动到等待队列，等待响应，此时进程处于阻塞状态；

当内存资源严重不足时，会将等待队列的阻塞态进程等较为闲置的进程换出到磁盘，缓解内存压力，等到压力减小时再换回，此时换到磁盘的进程叫做挂起态；

3.2.2Linux进程状态

shell 复制代码

dd
#模仿高IO像磁盘写入
exit(0)
#进程终止，退出码为0

R：运行状态，R+表示的是前台运行；

S：浅阻塞状态，等待响应；

D：深度睡眠状态，该进程一般是处于磁盘读写时，不会接收任何请求，直至读写完成；

T：暂停状态，18（继续信号）/19（暂停信号）控制；

t：暂停状态，gdb调试时断点暂停；

X：死亡状态，终止；

Z：僵尸状态，等待父进程回收，在此期间内不可以被杀死，最终会导致内存泄露；

如果父进程被回收了，那么子进程就变成了孤儿进程，会被操作系统领养释放；

3.3进程优先级

进程根据优先级的不同，会优先被调度器进行调度；

shell 复制代码

ps -l#查看当前终端的优先级
ps -al#查看所有优先级

新的优先级=旧的优先级+nice值，PRI：优先级，NI：nice值。nice值范围 $-20,19$ ；不能随意修改优先级；

更改优先级的本质就是修改nice值

shell 复制代码

nice -n nice值 命令
renice -n nice值 pid 
进入top后按"r"-->输入进程PID-->输入nice值

3.4进程调度

Linux O(1)调度算法

操作系统根据优先级进行调度，O(1)调度算法以空间换时间，使用位图管理队列数组，有两个队列数组，分别是run和wait队列数组，数组大小为140个队列，队列数组安数组下标，优先级逐渐降低。同一个优先级维护在一个队列，通过实现了两个数组的指针实现两个数组的轮换。通过位图是否为零，来判断队列是否为空。时间片运行时间结束，将进程连接到等待队列，使用CR3和eip寄存器来恢复上下文；

3.5环境变量和命令行参数

3.5.1环境变量

环境变量表存放在系统的配置文件中，根据环境变量实现一些默认动作如：指令的默认查找路径，白名单添加；环境变量是系统提供的一组kv变量，不同的用户使用不同的环境变量

常见的环境变量：

PATH，记录着取那些路径下查找指令，修改使用PATH=$PATH:增加内容；

shell 复制代码

env
#查看环境变量
getenv("PATH")
#获取环境变量

3.5.2命令行参数

命令行参数，int argc,char* argv\[\]；用来实现指令带选项，实现不同的功能；

命令行参数以空格为分隔符，argc指的是字符串数量，argv是字符串表；

最终形成了两个向量表，一个命令行参数表，一个环境变量表，都以NULL结尾；

3.5.3设置环境变量

shell 复制代码

$myvalue=123
#定义本地变量
export myvalue
#将本地变量导出环境变量
unset myvalue
#取消环境变量
set
#查看所有变量(环境变量与本地变量)

3.5.4内建命令

命令分为常规命令(由bash的子进程完成)和内建命令(由bash亲自完成)

shell 复制代码

chdir()
#修改进程当前工作目录
extern char**environ
#第三方变量指向环境变量表