Linux：进程概念

文章目录

前言
一、冯诺依曼体系
[二、操作系统(Operator System)](#二、操作系统(Operator System))
- 2.1.操作系统的概念
- [2.2 系统调⽤和库函数概念](#2.2 系统调⽤和库函数概念)
[三. 进程](#三. 进程)
- [3.1 基本概念](#3.1 基本概念)
- - [3.1.1 描述进程](#3.1.1 描述进程)
  - [3.1.2 task_struct](#3.1.2 task_struct)
- [3.2 查看进程](#3.2 查看进程)
- - [3.2.1 getpid](#3.2.1 getpid)
  - [3.2.2 proc](#3.2.2 proc)
  - [3.2.3 getppid](#3.2.3 getppid)
总结

前言

• 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。

但这些观念都是建立在已经理解的基础上描述出来的，对于初学者一头雾水，所以本文将尽可能描述清晰其概念。

一、冯诺依曼体系

截⾄⽬前，我们所认识的计算机，都是由⼀个个的硬件组件组成

• 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

注意！！！
• 这⾥的存储器指的是内存（但存储器不单单表示内存，详情参考下面图片）
• 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)
• 外设(输⼊或输出设备)要输⼊或者输出数据，也只能写⼊内存或者从内存中读取。
• ⼀句话，所有设备都只能直接和内存打交道。

来举一个数据流动的例子：我们的设备中存在一个叫网卡的设备，它既是输入设备也是输出设备，当我们在QQ上发软件的时候，我们从键盘输入的信息传入输入设备网卡，写入内存，再传cpu经过某种特定的处理后返回内存，内存再由网卡作为输出设备，输入到另一个人的输入设备中，以类似过程处理，输出信息。本质上就是两台冯诺依曼体系结构的交互结果。

二、操作系统(Operator System)

操作系统是一款"搞管理"的软件！
操作系统面对任何"管理"场景都是：先描述，再组织！！！

操作系统在内存中的位置并不是固定的，它通常被加载到计算机的主存储器（RAM）中执行。当计算机启动时，操作系统会从硬盘或其他持久性存储设备中加载到RAM中，因为RAM的访问速度比硬盘快得多，这可以确保操作系统能够高效地运行。

2.1.操作系统的概念

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)。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（例如函数库，shell程序等等）

设计OS的目的：

它管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务、合理组织计算机工作流程，并为用户有效使用计算机提供良好的运行环境。

总结：

计算机管理硬件

描述起来，⽤struct结构体

组织起来，⽤链表或其他⾼效的数据结构

2.2 系统调⽤和库函数概念

• 在开发⻆度，操作系统对外会表现为⼀个整体（防止被修改等原因），但是会暴露⾃⼰的部分接⼝，供上层开发使⽤，

这部分由操作系统提供的接⼝，叫做系统调⽤。

• 系统调⽤在使⽤上，功能⽐较基础，对⽤⼾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，有了库，就很有利于更上层⽤⼾或者开发者进⾏⼆次开发。库函数和系统调用是上下层的关系

三. 进程

3.1 基本概念

• 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。

但说人话进程=内核数据结构对象+自己的代码和数据&& 进程=PCB（task_struct）+自己的代码和数据

3.1.1 描述进程

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
当一个程序需要被执行时，它就会类似进行类的实例化过程来构造结构对象，这个对象包含各种信息，这些信息是一个进程发生的条件等。

• 课本上称之为PCB（process_control_block），Linux操作系统下的PCB是:task_struct

因为OS必然要对多个加载到内存中的程序进行管理，因此进程的管理会以链表的增删改查来进行。因此这个管理过程是动态的！！！

3.1.2 task_struct

内容分类(结构体成员)
• 标⽰符:描述本进程的唯⼀标⽰符，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的内存块的指针

• 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。

• 记账信息:可能包括处理器时间总和，使⽤的时钟数总和，时间限制，记账号等。

• 其他信息

组织进程

可以在内核源代码⾥找到它。所有运⾏在系统⾥的进程都以task_struct链表的形式存在内核⾥。

总结：我们自己写的程序，不会直接由硬件运行，它首先保存在磁盘中，然后当需要运行它的时候，它会被加载（也可以理解成拷贝）到内存中，然后操作系统中的进程管理（也是一个程序）会描述这个程序的各种属性（这些属性由task_struct的成员变量生成），然后组织描述过后的这个进程与其它正在运行的进程形成一个链表

3.2 查看进程

3.2.1 getpid

通过系统调用来获取进程

操作系统提供了一个getpid()函数可以获取,包含在头文件<sys/types.h>中

执行如下命令可以查看详细信息

man getpid

实验：我们建立一个myprocess.c 的文件并形成可执行文件

其代码为

c 复制代码

//myprocess.c
#include<srdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
  while(1)
  {
    sleep(1);
    printf("我是一个进程，我的id：%d",getpid());
  }
  return 0;
}