[Linux从无到有] 进程

Posted 2022-01-07 一个正直的男孩

文章目录

• 1. 进程
• • 1.2 PCB
  • • 1.2.1上下文数据
    • 1.2.2 内存指针
    • 1.2.3状态
    • pid和ppid与fork(创建进程)与标识符
    • 1.2.4优先级
    • 1.2.6 程序计数器

1. 进程

大家应该对任务管理并不陌生吧，有时候app卡死了我们就需要手动去吧这个app杀死，但仔细看会发现他上面写的是进程

简单来说，一般点开app就是把软件的代码和数据加载到内存中，这样算是一个进程了，但是其实内部还进行了更多的操作，他还会为这个代码创建一个PCB（sask_struct)

1.2 PCB

什么是PCB？

进程控制块，用来描述进程属性的集合

为什么需要PCB？

一般情况下进程是不止一个的，所以CPU需要对进程管理，切上述说过一个概念管理者与于被管理者，而CPU就是管理者，进程就是背管理者，一般管理者是不直接管理被管理者，一般通过数据管理的

PCB中包含的信息(部分)

1. 上下文数据
2. 内存指针
3. 状态
4. 优先级
5. 标识符
6. 程序计数器
7. IO状态
8. 记账信息

1.2.1上下文数据

CPU一直奉行一个概念：公平至上，效率为优，就是CPU不会偏心他每一个进程都会雨露均沾，所以这里就有一个概念叫做时间片

时间片：

微观是就是分配给每个进程在CPU上的运行时间

当一个进程的时间片到了，或者来了一个优先级更高的进程，那么CPU就要把他剥离下来，而剥离下来的时候会将CPU寄存器中的信息（运行信息），程序计数器（pc指针，存的是下个代码的地址），程序状态，保存至PCB中，整个就是上下文数据的简单概念

并发

老话说眼见为实，耳听为虚，其实现在我告诉你，眼见也不一定为实，我们平时在电脑上打开多个app，在上述操作中可以理解CPU是同时在运行多个进程，这就是眼睛欺骗了你，他只让你看到了他的表面，底层其实是cpu在疯狂的切换（每个进程都有对应的时间片），让你觉得其实CPU在执行多个进程

并行

本质就是有钱，一台机子俩CPU，那么CPU就可以在同一时间运行俩个进程，只要钱够多，同时跑百八十个进程都没事

途中可以清晰的看出在一段时间内并发与并行的运行原理，且他们剥离后会放到运行队列中等待

并发：一段时间内运行多个进程

并行：同一时间可以运行多个进程（取决于cpu个数）

运行队列等待：

1.2.2 内存指针

1.2.3状态

上面的是宏观的进程状态图，且每个操作系统可能对应的状态有所不同，我们讲的linux下的状态

1. R 运行状态
2. S 睡眠状态
3. D 深度睡眠（磁盘休眠）
4. T 停止状态
5. Z 僵尸状态
6. X 死亡状态

R状态

R既然是运行状态，那么他是CPU在运行的吗？

当然不是，上面说过，每个进程都有一个时间片，运行完就剥离下来，还需要运行就放到运行队列中，那么其实在运行队列中的进程也是R状态

D状态 VS S状态

S和D都是睡眠状态

S，D都意味着进程在等待事件完成，但是S是可以被中断唤醒了(外部给一个指令)，D是只能等着进程自动醒来

不知道你有没有遇到过这样的场景就是你想关机却卡死了，其实就是有进程在深度睡眠(D)，阻止你关机，现在是不是多年的谜团就解破了，D状态一般是进程在进行重要的操作，如往磁盘中塞数据……

T状态

该状态可以理解为在调试，启动调试不就停在了短点出吗，他也是类似，进程直接停止，需要发送SIGSTOP才可以继续，这就和我们按下n，s（Linux中gdb下一步与进入函数指令）他就又开始跑。

Z状态

父进程还在，可是子进程突然啥原因退出了，那么这个时候子进程就是僵尸状态，但他是僵尸状态的时候他会把自己进程的基本信息放入他的PCB中

为啥叫僵尸状态呢？

当一个进程意外退出的时候是不会马上被释放的，就和上下文数据类似，我创建进程本质是想干什么，当然是完成任务了，如果他突然挂了，那么我需要知道他是否完成了任务，如果没有完成我需要派新进程再去执行，所以僵尸状态本质：就是进程退出时候的进程状态

不处理僵尸状态会怎么样？

C和C++你动态开辟出来的数据不释放会怎么样？内存泄漏咯，那么Z状态也一样，Linux是由C语言编写（其实操作系统基本都是由C编写的），那么上述说过一个进程是由代码数据，还有对应PBC结构体，这个PCB很大很大…………

X状态

该状态一般你在任务列表是看不到的，因为一闪而过，直接被操作系统回收。

拓展介绍一个进程（孤儿进程）：

人如其名，就是当子进程还在运行的时候，这时候我父进程突然也应为某种原因线子进程退出，这就是孤儿进程的概念？


你说过子进程的数据是父进程回收的那现在怎么？

那么你想一想现在谁可以帮助子进程不变僵尸呢？当然是操作系统，没错当一个进程变成孤儿进程的时候,他们会去认操作系统做父亲（操作系统本质也是一个进程（1号进程））

如果我看这个进程不爽老是优先占用CPU资源那么什么办法呢？

• kill + pid

那么现在有个问题就是僵尸进程可以被杀死吗？

现在已经是逻辑题了，你说你向他心脏开了一枪后且确认已经死了，临走的时候又补了几枪算是在杀了次吗？他又不是死侍（漫威超级英雄），你那只能算鞭尸

除了僵尸且D状态也是不可以被杀死的，你关机都可以给阻拦住让你死机，你觉得一条指令可以杀死他们不要开玩笑了好吗

如何查看呢？

1. 需要一条指令： ps axj ｜grep [进程]
2. top
3. ps l

建议使用第一个，因为第一个搭配grep直接筛选出你想要看的进程

那么怎么样才会看到这些状态呢？

R状态：

当你载用ps指令的时候怒有没有发现其实ps他的状态就是R

本质我们输入这个指令也创建了一个进程

t状态

当我按下回车得的时候，那么查看进程状态的时候，main.g这个进程的就变成了t

Z状态：

代码：

进程的状态：

S状态

这反而是最好看到的，只需要在代码中加一个sleep函数，或者不加进程都处于S状态(因为本质上这个进程又大一那一下在运行，大部分时间都是在睡眠所以)

孤儿进程：

当被1号进程领养后，你不发ctrl+C终止进程，你可以理解为翅膀硬了，普通的招对他没用了，这个时候需要用kill 指令进行杀除

pid和ppid与fork(创建进程)与标识符

在上面你看到右pid与ppid，这俩个是什么东西呢？

在现实生活中，你是如何被人标识的呢?

名字，外号？？？

这只是一部分，那么当要过年买车票回家时候你你不会和售票员说我叫xxx，给我张票我要回家，这个除非你是总统一般情况售票员小姐姐会认为你🧠有点毛病，你当然是递上你的生份证，因为上面的生份证号就代表了你，你的一切信息都可以通过他得知，而不是xxx的名字

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那么pid就是你的生份证号，也就是当前进程的生份证号（标识符）

ppid为则为你的父进程的生份证号(多出的p理解为parent)

且你看到我运行的时候为啥开if 与else同时运行，这就要归功于fork()

linux中的分叉函数（其实就是创建子进程函数）

• 创建成功后，子进程返回0，父进程返回子进程的 pid，如果失败返回 -1（返回类型是pid_t 其实就是 unsigend long long的typedef）
• 创建出来的子进程的数据与代码与父进程一致（子进程创建的时和父进程共同指向一份代码，但是数据是各自私有一份的 ）
• 且在运行父子进程的时候谁优先取决于操作系统

图解forke创建后，进程运行状态：

为啥需要返回子进程的pid给父进程？

你想当子进程退出后他的资源由谁回收呢？那你想你在学习里面犯事了那是谁给你擦屁股的，当然是你老爹啊。那么道理都一样当子进程退出后当然是由他的夫进程取释放喽

这个时候可能有人会问，那么父进程由谁释放？

快动用你的小脑袋瓜子想想，你父亲是那里来的，不要和我说你父亲是孙悟空，或者耶稣，当然是你爷爷奶奶生下来的呀，那么‘’爷爷‘’ 进程是啥呢？

bash其实就是命令行解释器

现在介绍完linux中的状态后我们来对应一下开始的进程状态图：

1.2.4优先级

在医院缴费的时候是否留心看到过一个一张纸条，上面写着 “军人依法优先”，虽然我没有现实中去医院没有碰到过兵哥哥，那为啥要优先，本质就是他啥都优先，抗洪救灾，保家卫国……，且缴费的窗口太少了，本质就是僧多粥少

而在计算机中也是如此，一般情况下，计算机中只搭载了一颗CPU，那么进程那么多，不也是一个僧多粥少的局面吗

优先级 vs 权限

你觉得他们的一样吗？

其实是不一样的，优先级是优先获得资源，说白了，不管怎么样最终你都会获得资源（好像看过一部电影还是电视，男主独苗叛逆，家里有钱，他爸不给他钱，最终他老爹死了，因为是独苗所以他还是获得了遗产），权限是有没有资格获得，如上面的故事，我是你家的庸人，老板死了他为啥不把钱给我，本质就是我没有这个权限

如何修改优先级

在Linux中优先级由PRI 与 NI 值控制，PRI为初始值而NI是可以影响他的优先级

NI的范围[-20,19],越小优先级就越高，优先获得资源

如图所示

需要用到的指令是top->r-> 输入pid与nice值,且每次修改都是在PRI的初始值上修改入上图所示（80）

为什么要限制NI的范围？

上述说过一个概念就是，OS的调度器的第一原则就是“公平之上，效率择优”，如果你将一个进程的优先级设为-10000000……那么这时候CPU大部分时间都在运行这个进程，那么就导致其他进程调度不到，导致饥饿问题，就如古代一些皇帝一样，自己胡吃海喝，底下民不聊生，这难道不出问题？

1.2.6 程序计数器

这个在上述提到过，学名是PC，不是电脑端的意思，他的作用指向程序下一条需要执行的代码存到寄存器中，这个过程就叫做取指令，并且在如何时刻，PC指针都指向主存的某条机器指令。