前言:进程是什么?在操作系统中,我们经常能听到这样的话。我们要终止一个进程或者杀死一个进程,父进程创建了子进程这一类的话。往往我们听到都会觉得很高大上,这跟编程语言完全不同的感觉,操作了整个计算机。
一,进程的概念
冯诺依曼体系结构
在进程之前首先要提一下我们的“祖师爷”——冯诺依曼体系结构。
这个是一个计算机入门第一节课必然会提到的知识。冯诺依曼体系结构提出了计算机采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行。它由输入设备,输出设备,存储器,控制器,运算器组成。
【注意!!注意!!!】
1、这里的存储器指的是内存。
2、不考虑缓存情况,这里的cpu(控制器+运算器)只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)
3、外设要输入或输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取
二,操作系统(0S)
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),操作系统的存在就是让计算机更加的好用,能更方便的、统筹合理的管理计算机的软硬件资源。
那么是怎么管理的?(我们可以先举一个例子,学校的管理,首先我们被辅导员统一管理,辅导员又由院内领导管理,院内领导又由校长管理。)
学生->辅导员->院内领导->校长 这么一个层次结构。但在这之前需要制定一个制度来管理,每一个层次的人都遵守这个制度。这样才能按部就班地进行工作的分配。
那么操作系统也一样。总的来说就是:先描述,再组织;描述用struct结构体,比如进程有task_struct这样一个结构体来描述,组织可以用链表或者其他高效的数据结构。
三,系统调用和库函数概念
在开发角度,操作系统对外会表现一个整体,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。
系统调用在使用上,功能比较基础,对用户的要求也相对比较高,所以,有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装,从而形成了库,有了库,就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
(1)进程概念
从用户角度:进程就是一个正在运行中的程序。
操作系统角度:操作系统运行一个程序,需要描述这个程序的运行过程,这个描述通过一个结构体task_struct{}来描述,统称为PCB,因此对操作系统来说进程就是PCB(process control block)程序控制块
进程的描述信息有:标识符PID,进程状态,优先级,程序计数器,上下文数据,内存指针,IO状态信息,记账信息。都需要操作系统进行调度。
那么在Linux操作系统下,怎么查看进程呢
(2)查看进程
输入ls /porc指令即可
前面蓝色数字代表的进程的ID。如果你想查看PID为1的进程信息,你需要查看/porc/1这个文件夹
我们也可以使用ps -ef -aux指令来直接显示进程状态.。
还有getpid()和getppid()这两个函数用来查看当前程序的进程和父进程PID。
int main(){
printf("getpid:%d",getpid());
printf("getppid:%d",getppid());
return 0;
}
(3)进程创建
Linux中非常重要的函数——fork(),它从已存在的进程中创建一个新进程。新进程为子进程,而原进程为父进程。
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值:
父进程:返回值大于0,子进程的pid
子进程:返回值等于0
写这么个程序来初始fork函数
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
printf("parent pid:%d\n",getpid());
int a = 100;
pid_t pid = fork();
if(pid < 0){
return -1;
}else if(pid == 0){
a = 20;
printf("child !! pid:%d----a:%d--%p\n",getpid(),a ,&a);
}else{
sleep(1);
printf("parent !! pid:%d----a:%d--%p\n",getpid(), a, &a);
}
printf("nihaoa %d\n",a);
return 0;
}
关于fork函数需要理解,每当调用一次fork函数时,会返回两个两次。一次是在调用进程中(父进程)返回一次,返回值是新派生的进程的进程ID。一次是在子进程中返回,返回值是0,代表当前进程为子进程。如果返回-1,那么则代表在创建子进程的过程中出现了错误。
将上面代码执行之后显示如下:
先返回了子进程的pid,之后再返回了父进程的pid;fork()相当于创建了一个新的子进程,但是拷贝的是fork()函数之后的所有数据,之前的并不会拷贝。在代码之上就可以看到parentpid只打印了一次
总的来说:复制pcb,代码共享,但是子进程并非从头开始,而是从fork()函数之后开始,数据独有。
借用一下网上大佬对fork()的理解:
- (1)一个进程进行自身的复制,这样每个副本可以独立的完成具体的操作,在多核处理器中可以并行处理数据。这也是网络服务器的其中一个典型用途,多进程处理多连接请求。
- (2)一个进程想执行另一个程序。比如一个软件包含了两个程序,主程序想调起另一个程序的话,它就可以先调用fork来创建一个自身的拷贝,然后通过exec函数来替换成将要运行的新程序。
那么创建子进程的意义是什么————压力分摊/干其他工作
(4)进程状态
进程状态一般有:就绪态,阻塞态,运行态
在Linux下:R运行状态,S睡眠状态,D磁盘休眠状态,T停止状态,X死亡状态
这些当我们使用指令ps -aux就可以看到
(5)僵尸进程
在进程状态中有两个比较特殊的存在。僵尸和孤儿
僵尸进程是进程退出后,但是资源没有释放,处于僵死状态的进程。
产生原因:子进程先于父进程退出,操作系统检测到进程的退出,通知父进程,但是父进程这时候正在执行其他操作,没有关注这个通知,这时候操作系统为了保护子进程,不会释放子进程资源,因为子进程的PCB中包含有退出原因。这时候因为既没有运行也没有退出,因此处于僵死状态,成为僵尸进程。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t pid;
//循环创建子进程
while(1)
{
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am a child process.\nI am exiting.\n");
//子进程退出,成为僵尸进程
exit(0);
}
else
{
//父进程休眠20s继续创建子进程
sleep(20);
continue;
}
}
return 0;
}
执行这上面这个程序,子进程中途退出了。
z+这个标志就是僵尸进程的标志。
那么怎么避免僵尸进程的产生?
我们一般处理就是关闭父进程,这样僵尸子进程也随之消失了。
所以我们最好设置进程等待,等待子进程完成了工作,并且通知了父进程之后,在退出。
(6)孤儿进程
孤儿进程与僵尸进程在理解上可以认为相反。
父进程先于子进程退出,父进程退出后,子进程成为后台进程,并且父进程为1号进程。
守护进程:特殊(脱离了与终端的关联+会话的关联)的孤儿进程
(7)进程优先级
优先级:决定资源的优先分配权的等级划分
那么进程为什么具有优先级呢?
为了让操作系统的运行更加的合理——交互式进程(一旦有操作优先处理)和批处理进程(一直处理程序,但对CPU要求不高)
设置优先级,可以使用指令ps -elf先查看进程
可以看到 PRI 和 NI这两个数值
PRI:优先级 NI:nice值
PRI是无法直接调整的,但是可以通过调整nice值来调整优先级的大小
PRI = PRI + NI,但是NI也是有范围的——(-20~19)
指令操作为renice -n size -p pid
运行时操作为nice -n size ./main(可执行文件)
这里稍微提一下,程序在运行时具有并行和并发两种执行。
并行:CPU资源足够,多个程序同时运行
并发:CPU资源不够,多个程序切换调度运行(可以看看我之前的一篇关于操作系统的博客,有关调度方法的介绍)
Linux下指令top指令可以查看进程的优先级,进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
四,环境变量
环境变量是保存系统运行环境参数的变量
环境变量在安装java的过程中,可能接触过,需要进入系统环境变量,然后设置PATH添加java的路径
在Linux下可以通过命令指令自己设置
echo 通过变量名称,查看指定环境变量
env 查看所有环境变量
set 查看环境变量以及临时变量
export 声明一个环境
unset 删除一个临时变量
常见的环境变量:HOME SHELL USER PATH
环境变量的全局特性:在子进程中获取继承于父进程的环境变量信息
三种获取环境变量的参数
main(int argc, char *argc[],char *env[]) 参数获取
extern char **environ; 全局变量获取
char *getenv(const char *env_name) 接口获取
写一个获取变量的demo
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
W>int main(int argc, char *argv[], char *env[]){
//main函数的参数值是从操作系统命令行上获得的。当我们要运行一个可执行文件时,在DOS提示符下键入文件名,再输入实际参数> 即可把这些实参传送到main的形参中去。
//C:\>可执行文件名 参数 参数……
//argv参数是字符串指针数组,其各元素值为命令行中各字符串(参数均按字符串处理)的首地址
//env:字符指针的数组,每一个元素是指向一个环境变量的字符指针
int i;
for(i = 0;i < argc; i++){
printf("argv[%d]=[%s]\n",i , argv[i]);
}
extern char **environ;
for(i = 0;environ[i] != NULL;i++){
printf("env[%d]=[%s]\n",i, environ[i]);
}
char *ptr = getenv("MYENV");
printf("MYENV:[%s]\n",ptr);
return 0;
}
如果输入export MYENV=“10000”,在运行程序,MYENV将变成MYENV:[10000]。
程序地址空间
地址是什么?地址是内存的编号,指向内存的一块区域
虚拟地址空间:
mm_struct{
long int size
code_start
code_end
data_start
a
data_end
}
上图之中,中间的物理内存地址,两边的为虚拟内存地址。
右边是父进程将虚拟地址通过页表查找到物理内存的地址,这时父进程在运行一个程序。此时父进程又创建了一个子进程(图最右)。子进程也通过页表找到物理内存的地址,这是子进程运行的程序在物理内存的另一个新空间运行。
这是虚拟内存地址使用的过程。它的作用就是保持进程的独立性,通过页表映射物理地址,充分地利用物理地址,增加内存访问控制。
这就是进程有关的知识。总结一下
进程从用户角度和操作系统角度去理解。前者就是一个运行的程序,后者表示运行一个程序,需要描述一个程序的运行过程,通过一个结构体task_struct{}来描述,叫做PCB。对操作系统来说,进程就是PCB
进程的创建需要一个我们必须要掌握的函数——fork()函数,创建一个子进程。并且fork()函数会有两个返回值,在返回的过程中父进程之前的数据不进行拷贝,之后与父进程的运行一致。创建子进程是为了分摊压力/干其他工作
进程的状态有运行态,睡眠状态,磁盘休眠状态,停止状态,死亡状态。每一种状态是容易理解的。但是还有两个特殊的进程
僵尸进程和孤儿进程,前者是进程退出后资源没有释放,操作系统通知父进程,但是父进程此时正在处理其他事情,没有关注子进程的退出通知,系统为了保护资源,没有释放掉,并且在子进程的PCB中也保留了退出原因,此时既没有运行也没有完全退出,处于了僵死状态。但是后者是父进程先于子进程先退出,子进程成为了后台程序,由一号进程接管。
今天的文章一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」分享到此就结束了,感谢您的阅读。
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