Linux入门——进程状态

Posted 2021-07-03 银背欧尼酱

一，操作系统（Operator System,即OS）

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）

2.设计OS的目的

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

3. 定位

• 在计算机体系中，操作系统的定位是:一款只负责 “管理” 的软件

4. 如何理解计算机中的管理

• 描述被管理的对象
• 组织被管理的对象

计算机管理硬件：

• 描述：用struct结构体
• 组织：用链表或其他数据结构

5. 系统调用和库函数

• 在开发时，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴漏自己的部分接口，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。
• 对部分系统调用形成封装，从而形成库，库更有利于开发者进行二次开发。

二，进程

1.概念

一个正在执行的程序。即一个担当分配系统资源（CPU，内存）的实体

2. 描述进程-PCB

储存所有进程属性的集合。PCB即process control block。linux操作系统下的PCB是：task_struct

3. task_struct

linux操作系统下的PCB是：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。

4.task_struct内容分类

• 1.标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程

• 2.状态: 任务状态，退出代码，退出信号等

• 3.优先级: 相对于其他进程的优先级

• 4.程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址

• 5.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

• 6.上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据

• 7.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

• 8.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、

  5.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

6. PID

进程ID：PID

父进程ID：PPID

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

7.查看进程

进程的信息可以通过/proc系统文件夹查看。如果要获取PID为1的进程，需要查看/proc/1这个文件夹

8.进程和程序的区别

程序：程序本身是一个文件，是静态的，存储在磁盘中。

进程：程序运行起来之后，就称之为进程，是动态的，是由操作系统来管理的。

9.通过系统调用创建进程-fork初识

• fork有两个返回值
• 父子进程代码共享，数据各自开辟空间，采用写时拷贝

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
 int ret = fork();
 printf("hello proc : %d!, ret: %d\\n", getpid(), ret);
 sleep(1);
 return 0;
}

fork（）返回值小于零说明程序错误，等于0为子进程，大于0为父进程。fork之后通常要用if进行分流。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
     int ret = fork();
     if(ret < 0)
     {
         perror("fork");
         return 1;
     }
     else if(ret == 0)
     { 
     	//child
         printf("I am child : %d!, ret: %d\\n", getpid(), ret);
     }
     else
     { 
         //father
         printf("I am father : %d!, ret: %d\\n", getpid(), ret);
     }
     sleep(1);
     return 0;
}

三，进程状态

• R (running) 运行状态：，并于一定意味着程序一定在运行中，它表明进程要么是在运行中，要么在运行队列里。
• S (sleeping)睡眠状态：意味着进程在等待时间完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠状态）（interruptible sleep）
• D (disk sleep)磁盘休眠状态：有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO结束。
• T (stopped)停止状态：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信号让进程继续运行。
• X (dead)死亡状态： 这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。
• Z (zombie)僵尸进程

3.1 僵尸进程

子进程退出了，但是父进程没有用wait或waitpid去获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中，这种进程称为僵尸进程。

3.1.1 僵尸进程的危害

• 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（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。

• 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，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护

• 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，就会造成内存资源的浪费。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

• 内存泄漏

3.2 孤儿进程

孤儿进程：父进程结束了，而它的一个或多个子进程还在运行，那么这些子进程就成为孤儿进程(father died)。子进程的资源由init进程(进程号PID = 1)回收。

四，Linux编译器-gcc/g++的使用

4.1背景知识

代码执行的四个步骤：

• 1.预处理（进行宏替换）
• 2.编译（生成汇编）
• 3.汇编（生成机器可识别代码）
• 4.连接（生成可执行文件或库文件）

4.2 gcc如何完成

预处理（进行宏替换）

• 预处理的功能主要包括宏定义，文件包含，条件编译，去注释等。
• 预处理指令是以#号开头的代码行。
• 实例：

gcc –E hello.c –o hello.i

• 选项“-E”，该选项的作用是让gcc在预处理过程结束后停止编译过程。
• 选项“-o”是指目标文件，“i”文件为已经过预处理的C原始程序。

编译（生成汇编）

• 在这个阶段中，gcc首先要检查代码的规范性
• 用户可以使用“-S”选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。

gcc –S hello.i –o hello.s

汇编（生成机器可识别代码）

• 汇编阶段是把编译阶段生成的“.S”文件转化成目标文件。
• 读者在此可使用选项"-c"就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了

gcc –c hello.s –o hello.o

连接（生成可执行文件或库文件）

• 在成功编译之后，就进入了链接阶段

gcc hello.o –o hello