进程基础篇之初识进程

时间：2021-06-09 09:20:17

操作系统（Operator System）

要想了解进程，首先就要对操作系统有一个大致的了解，常见的操作系统有Windows，Linux，Unix，安卓，甚至是数字电视也有自己的一套操作系统。

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）。

操作系统大致包括：

  • 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）

设计操作系统的目的：

  • 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
  • 为用户程序（应用程序）提供一个良好的运行环境

如何理解操作系统的“管理”

举个例子：将计算机的操作系统比喻为大学校长，将辅导员比作驱动（操作系统通过驱动来管理硬件），将学生比作硬件。校长通过查看学生的信息表，成绩单等等，这些就相当与对学生的描述，校长通过这些描述来将学生组织起来，校长下达命令的时候就由辅导员等来执行；这就类似于计算机中的操作系统，学生的信息表就相当于硬件的数据，操作系统通过查看相关数据对硬件做出相关描述（用到struct结构体），用链表或其他高效的数据结构将其组织起来，下达指令时通过驱动来进行相关操作。

操作系统对进程也一样，先把进程描述起来，再把进程组织起来

进程

基本概念：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

进程的描述：

  • 进程的相关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
  • Linux操作系统下的PCB被叫做task_struct，task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到内存里并且包含着进程的信息

进程控制块（task_struct）的内容

  • 标识符：每个进程都有一个标识符，可以看成是标签，用来区分其他进程
  • 状态：进程当前的任务状态，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内存块的指针
  • 上下文数据：进行中的进程被切换时之前的CPU数据会被保存下来，保存到内存中的当前正在执行进程的PCB里
  • 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

进程的组织：

  • 所有运行在系统里的进程都以task_struct链表（双链表）的形式存在与内核中

查看进程

进程的信息可以通过/proc 系统文件夹查看
在Linux或者Unix系统中，用ps -l 命令可查看当前目录下所有进程的部分信息

  • 如：要获取PID（子进程标识符）为1的进程信息，你需要查看/proc/1这个文件夹
下面我们了解一些进程相关的信息

进程的标识符

下面我们用简单的代码通过系统调用获取进程的标识符

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6     printf("pid: %d ,ppid: %d \n",getpid(),getppid());                                                                            
  7     return 0;
  8     }

运行结果

[wh@localhost Linux1]$ ./a.out 
pid: 5678 ,ppid: 5580 
[wh@localhost Linux1]$

进程的状态

  • R运行状态（running）：表明程序要么是在运行中要么是在运行队列里
  • S睡眠状态（sleeping）：俗称浅度睡眠，也叫可中断睡眠，意味着进程在等待时间完成
  • D磁盘休眠状态（Disk sleep）：俗称深度睡眠，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信号让进程继续进行
  • X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会再任务列表里看到这个状态
  • 初次之外还有僵尸进程，孤儿进程，在后面的博客中我将详细介绍，并写出相关代码帮助大家理解

进程优先级（PRI）

基本概念：

  • 进程在被CPU分配到资源后才可运行，但资源是有限的，CPU分配资源的先后顺序，就是指进程的优先权
  • 优先权（优先执行权利）和优先级值不一样，优先级值低的进程反而优先权高。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

NI（nice值）

  • 表示进程可被执行的优先级的修正数值
  • PRI（new）=PRI（old）+nice
  • 即当nice值为负的时候，该进程的优先级值会变小，则优先权会越高，则其越快执行
  • nice其取值范围是-20至19

修改进程优先级的命令

  • 开始执行程序时就指定nice值： nice -n -5 ./test
  • 调整已存在进程的nice值：renice -5 -p 1000 //PID为5200的进程nice设为-5

  • 用top命令更改已存在进程的nice值：

    • top
    • 进入top后按“r”->输入进程PID->输入nice值

进程的其他概念

  • 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。
  • 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（但存在通信）
  • 并行：多个进程在多个CPU下同时进行运行，这称之为并行
  • 并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发
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