一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」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。

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。

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」


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.。

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」


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:

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」


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

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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。

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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?

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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)

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」


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

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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;                 
  } 
一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

如果输入export MYENV=“10000”,在运行程序,MYENV将变成MYENV:[10000]。

程序地址空间

一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」


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
}
一文让你深入程度的了解Linux进程「建议小白收藏」

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。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。
如需转载请保留出处:https://bianchenghao.cn/8234.html

(0)
编程小号编程小号

相关推荐

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注