Linux关于进程（第一弹）

1）这里的存储器指的是内存。

2）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（输入或者输出设备）。

3）外设（输入或者输出设备）要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。

4）一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
各个硬件单元必须用"线"链接起来。总线：1.系统总线。2.IO总线 。一个程序要运行，必须得先加载到内存中运行。-----因为冯诺依曼体系规定了。

2.操作系统（Operator System）

概念

在任何及三级系统都包含一个基本的程序集合，称之为操作系统（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，驱动管理等）。

其他程序（例如函数库，shell程序等等）。

设计OS的目的

与硬件进行交互，管理所有的软硬件资源。

为用户程序（应用程序）提供一个良好（稳定，高效，安全）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：一个纯正的"搞管理"的软件。

总结---先描述，再组织

计算机管理硬件

1.描述起来，用struct结构体。

2.组织起来，用链表或其他高效的数据结构。

系统调用和库函数概念

1.在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，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。

2.系统调用在使用上，功能比较基础，对用户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的封装，从而形成库，有了库，就很利于更上层用户或者开发者进行二次开发。

3.进程

基本概念

1.课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。

2.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。

课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是：task_struct

task_struct---PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。

task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM（内存）里并且包含着进程的信息。

task_struct内容分类

标识符：描述本进程的唯一标识符，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。

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

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

查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

大多数的进程信息同样可以使用top和ps这些用户级别工具来获取

再谈进程

一个操作系统不仅仅只能运行一个进程，可以同时运行多个进程，那么如何将这些进程管理起来呢？------->先描述，再组织！任何一个进程，在加载到内存的时候，形成真正的进程时，操作系统都要先创建描述进程属性的结构体对象-----PCB（进程控制块）。在Linux叫做task_struct结构体，里面包含进程的所有属性。

通过系统调用获取进程提示符

进程id（PID）

父进程id（PPID）
getpid（）-----获取到当前自身的PID。

getppid（）------获取到当前父进程的PID。

通过系统调用创建进程-fork初始

运行man fork 认识fork ---会创建子进程。

fork有两个返回值。

父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）。

根据上面的代码我们思考三个问题：

1.fork干了什么事？

fork创建了一个子进程。父子进程代码共享，数据发生写时拷贝。

2.一个函数（fork（）函数）是怎么做到返回两次的？

fork（）函数能返回两次的原因在于，父子进程经过fork（）函数创建完成后，代码是可以共享的，所以fork（）在返回时可以返回两次。

3.一个变量怎么会有不同的内容？

这里id为什么会存放两个不同的值呢？原因是因为这里编译器层面所指向的地址空间是虚拟地址空间，虚拟地址空间要经过页表映射到真正的物理地址空间，故id在进行映射时发生了写时拷贝！从而达到存放了两个值的效果。

如果父子进程被创建好后，fork（）之后，谁先运行呢？------这里是不确定的，由调度器来决定！！！

4.进程状态

看看Linux内核源代码怎么说

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。

下面的状态在kernel源代码里定义：
/*

* The task state array is a strange "bitmap" of

* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and

* you can test for combinations of others with

* simple bit tests.

*/

static const char * const task_state_array[] = {

"R (running)", /* 0 */

"S (sleeping)", /* 1 */

"D (disk sleep)", /* 2 */

"T (stopped)", /* 4 */

"t (tracing stop)", /* 8 */

"X (dead)", /* 16 */

"Z (zombie)", /* 32 */

};
R运行状态（running）：并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。

S睡眠状态（sleeping ）：意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。

D磁盘休眠状态（Disk sleep） ：有时候也叫不可中断睡眠状态，在这个状态的进程通常会等待IO的结束。

T停止状态（stopped）：可以通过发送SIGSTOP信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送SIGCONT信号来让进程继续运行。

X死亡状态（dead）：这个状态指示一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。

一般操作系统学科的进程状态分为：运行态，阻塞态，挂起态。

挂起态一般用户感知不到，是操作系统自己做的。

进程状态查看

ps aux 或者ps ajx命令

Z（zombie）-僵尸进程

僵死进程（zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait（）系统调用）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死（尸）进程。

僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态码。

所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态。

子进程退出的时候，如果父进程没有主动回收子进程信息，子进程会一直让自己处于Z状态（僵尸状态），进程的相关资源尤其是task_struct 结构体不能被释放！会被一直占用，会导致内存泄漏！

僵尸进程的危害

1.进程退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心他的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？---是的！！！

2.维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct（PCB）中，换句话来说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护？----是的！！！

3.那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？----是的！！！因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！

4.内存泄漏？---是的！

孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z状态之后，那该如何处理呢？

父进程先退出，子进程就被称之为"孤儿进程"。

孤儿进程被1号init进程领养，当然有init进程回收咯。

5.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，可以大大改善系统整体性能。
其实改了进程的优先级，也不一定会严格按照用户改的来执行，具体还得看调度器！

查看系统进程

在Linux或者Unix系统中，用ps -l / ps -al命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，如下：

UID：代表执行者身份。

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的，即父进程的代号。

PRI：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小则越早被执行。

NI：代表这个进程的nice值。

PRI 和NI

1.PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点来说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级越高。

2.那NI呢？就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值。

3.PRI值越小越快被执行，那么假如nice值后，将会使得PRI变为：PRI（new）=PRI（old）+nice。

4.这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程的nice值。

5.nice的取值范围为：-20到19。一共40个级别。

6.PRI（new）的取值范围为：[60,99]。

PRI vs NI

1.需要强调的一点就是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。

2.可以理解nice值是进程优先级的修正数据。

查看进程优先级的命令

用top命令更改已经存在进程的nice值

1.top

2.进入top后按"r" ---->输入进程PID------>输入nice值。

其他概念

1.竞争性：系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。

2.独立性：多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。

3.并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。

4.多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

6.环境变量

基本概念

环境变量（environment variables）一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所连接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。

环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性。

常见的环境变量

PATH：指定命令的搜索路径。

HOME：指定用户的主工作目录（即用户登录到Linux系统中时，默认的目录）。

SHELL：当前Shell，它的值通常是 /bin/bash。

查看环境变量方法

echo $NAME //NAME：你的环境变量名

改变/增加PATH的方法

PATH=$PATH:/home/hxh/.... 表示给PATH环境变量增加路径。

举个例子：

关于命令行参数如何获取

cpp 复制代码

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    for (; argv[i]; i++)
    {
        printf("argv[%d]->%s\n", i, argv[i]);
    }
    return 0;
}

和环境变量相关的命令

1.echo：显示某个环境变量值。

2.export：设置一个新的环境变量。

3.env：显示所有环境变量。

4.unset：清除环境变量。

5.set：显示本地定义的shell变量和环境变量。

环境变量的组织方式

每个程序都会受到一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每个指针指向一个以 '\0' 结尾的环境字符串。

通过代码如何获取环境变量

命令行第三个参数

cpp 复制代码

#include <stdio.c>
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    int i = 0;
    for (; env[i]; i++)
    {
        printf("%s\n", env[i]);
    }
    return 0;
}

可通过第三方变量environ（全局变量）获取

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    extern char **environ;
    int i = 0;
    for (; environ[i]; i++)
    {
        printf("%s\n", environ[i]);
    }
    return 0;
}

libc 中定义的全局变量environ指向环境变量表 ，environ没有包含在任何头文件中，所以在使用时 ，要用extern声明 。C库提供的不使用环境变量参数表，也能获取到bash的环境变量。

通过系统调用获取或设置环境变量

putenv（）----设置一个环境变量。

getenv（）----获取一个环境变量的value值。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("%s\n", getenv("PATH"));
    return 0;
}

常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量。

环境变量通常是具有全局属性的

环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char *env = getenv("MYENV");
    if (env)
    {
        printf("%s\n", env);
    }
    return 0;
}

直接查看，发现没有结果，就说明该环境变量根本不存在。

导出环境变量---- export MYENV="hello world"

再次运行程序，发现结果有了！说明：环境变量是可以被子进程继承下去的！

那么问题来了，既然全局变量才会被子进程继承下去，那么为什么有的命令还是能够拿到本地变量的值呢？比如echo命令等...

上图的MYVALUE是一个本地变量，在env全局变量里面查不到，说明MYVALUE没有被子进程继承下去。

其实Linux中有两批命令，1.常规命令----bash进程通过创建子进程完成的。2.内建命令---bash不创建子进程，而是由自己亲自执行，类似于bash调用了自己写的，或者系统提供的函数。