初始进程2.0

Posted 2022-01-26 WoLannnnn

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了初始进程2.0相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

进程优先级

基本概念

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
优先权高的进程有优先执行权利。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。

优先级 vs 权限(自己的理解)

优先级：使用“事物”的先后顺序

权限：能不能使用某种“事物”

当被管理对象多时，优先级才有价值

优先级是通过整数来表示的，一般数值越小，优先级越高。就像我们在食堂排队吃饭。

查看系统进程

在linux或者unix系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

UID : 代表执行者的身份(编号)
PID : 代表这个进程的代号
PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
NI ：代表这个进程的nice值，优先级的修正值

PRI and NI

PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小，进程的优先级别越高
那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值
PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为： PRI(new)=PRI(old)+nice
这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行
所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值
nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

所有进程的pri一般默认为80，ni默认为0

需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。
可以理解nice值是进程优先级的修正数据。

查看进程优先级的命令

用top命令更改已存在进程的nice：

top 进 #入任务管理器
进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值 ——对应进程的PID就会变成默认的pri + nice值

除非特殊情况，否则尽量不要修改nice值

进程相关的其他概念

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。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级

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.子进程如果崩溃，是不会影响父进程的

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

一个进程占有CPU，就会一直运行到进程结束吗？

不会，如果这样的话，当我们在服务器上跑一个死循环的程序时，服务器就崩了

每一个进程都有自己的时间片。调度器通过时间片浮动做到“雨露均沾”，实现并发，一个进程的时间片结束，就换另一个进程运行。

进程在运行时，有两种情况：

1.进程在时间片内，不可被抢占

2.进程在时间片内，可以被抢占。一般被优先级高的或者紧急情况抢占

并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行

环境变量

基本概念

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数
如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。
环境变量通常具有某些特殊用途，且在系统当中通常具有全局特性

常见环境变量

PATH : 指定命令的搜索路径
HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。

查看环境变量方法

echo $NAME //NAME:你的环境变量名称

测试PATH

当服务器执行一条命令时：

找到这条命令
运行它

创建hello.c文件
#include <stdio.h>
int main()

    printf("hello world!\\n");
    return 0;
对比./hello执行和之间hello执行

./hello可以正常运行helllo程序，而hello会显示没有找到该指令

为什么有些指令可以直接执行，不需要带路径，而我们的二进制程序需要带路径才能执行？

以ls指令为例，ls有它的默认查找路径，在PATH环境变量中。环境变量也是变量(变量名PATH + 变量内容(路径))

访问环境变量PATH:

PATH是内置的变量，访问它要加$ ，使用echo访问：echo $PATH

不同路径之间用 :分隔，所以以上4条路径就是我们服务器的默认查找路径，这些路径下的指令可以直接使用，而不用带路径名。所以执行命令就是在这些路径下先查找，找到了再执行

如果想像 ls一样直接执行 hello，可以将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中：sudo cp hello /usr/local/bin

对比测试

虽然这样可以实现直接执行命令，但是不推荐这样写，这样会污染Linux的命令池

还有什么方法可以不用带路径，直接就可以运行呢？

可以将路径添加到环境变量里，重启xshell时又会生成新的默认路径，所以几乎不会对Linux造成危害：

export PATH=$PATH:/home/ysj/practice/c-c/study_10-2-1

export导出环境变量

which的原理就是在默认路径下查找命令

HOME

HOME变量是保存当前用户的主工作目录

USER

显示当前登录用户

HISTSIZE

表示能记住的历史命令的最大条数

也就是当我们处于命令行时，可以用上下键翻阅最近使用的命令，最多向上翻阅HISTSIZE条

SHELL

显示充当shell的角色是谁

bash是shell的具体化，就像王婆与媒婆的关系

和环境变量相关的命令

echo: 显示某个环境变量值
export: 设置或修改一个环境变量
env: 显示所有环境变量
unset: 清除环境变量
set: 显示本地定义的shell变量和环境变量

环境变量的组织方式

每个程序都会收到一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每个指针指向一个以’\\0’结尾的环境字符串

通过代码如何获取环境变量

C如何获取环境变量呢？

我们常写的main函数是没有写参数的，实际上，main函数也是有参数的

int main(int argc, char *argv[], char *env[])

argc表示命令的个数，argv是字符数组，里面存着输入的命令，所以，argc和argv是帮我们收集命令行参数的。env同样也是字符指针数组，里面存着环境变量

我们在Linux中，输入ls -a -l，其中ls表示可执行程序，-a,-l表示命令行参数，对应着数组argv的内容

我们写一些代码来验证一下命令行参数的存在：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>

int main(int argc, char*argv[], char *env[])

    int i = 0;
    for (; i < argc; ++i)
    
      printf("argv[%d]:%s\\n ", i, argv[i]);
    
    return 0;

当我们不输入任何命令行参数时，默认只有./test命令

当我们输入-a -b -c选项时，就会把这些当成命令行参数放入数组中：

可以看到argv[0]是我们执行程序的指令 ./test， C/C++中命令行参数数组的第一个元素默认是执行程序的命令

获取环境变量

命令行第三个参数

env数组的最后一个元素为'\\0'，遇到\\0退出循环
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[], char *env[])

    int i = 0;
    for(; env[i]; i++)
    
    	printf("%s\\n", env[i]);
    

    return 0;
运行示例：

获取的环境变量不止这些，这里只截取了一部分
通过第三方变量environ获取
#include &lt;stdio.h&gt;
int main(int argc, char *argv[])

    extern char **environ;
    int i = 0;
    for(; environ[i]; i++)
    
    	printf(&quot;%s\\n&quot;, environ[i]);
    

    return 0;
运行结果和上面一样

libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明

通过系统调用获取环境变量 ——getenv

函数原型：

char *getenv(const char *name);

参数是环境变量名，返回的是环境变量的内容，如果没有对应的环境变量，则返回\\0

使用：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()

	printf("%s\\n", getenv("PATH");
	return 0;

程序运行的结果就是打印了默认地址

环境变量通常是具有全局属性的

环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()

    char * env = getenv("MYENV");
    if(env)
    
        printf("%s\\n", env);
    
    return 0;
直接查看，发现没有结果，说明该环境变量根本不存在
导出环境变量
export MYENV="hello world"

再次运行程序，发现结果有了。说明：环境变量是可以被子进程继承下去的(test是bash的子进程)。

env中找MYENV：

如果只进行 MYENV＝“helloworld” ,不调用export导出，在用我们的程序查看，会有什么结果？为什么？
使用unset删掉已经设置了的环境变量MYENV：unset MYENV

不调用export：

此时的MYENV不具有全局属性，所以要用export导出，使其具有全局属性，main里面才能访问到，最后打印出结果

程序地址空间

研究背景

kernel 2.6.32
32位平台

程序地址空间

在C语言中，为了理解，我们把程序的地址空间按如下区域进行认识：

可是我们对它并不理解

来段代码感受一下

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()

	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
    
		perror("fork");
		return 0;
	
	else if(id == 0)//child
     
		printf("child[%d]: %d : %p\\n", getpid(), g_val, &g_val);
		
    else//parent
     
		printf("parent[%d]: %d : %p\\n", getpid(), g_val, &g_val);
	
	sleep(1);
	return 0;

输出

//与环境相关，观察现象即可
parent[11861]: 0 : 0x601058
child[11862]: 0 : 0x601058

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，这很好理解啊，因为子进程按照父进程为模版，父子并没有对变量进行进行任何修改。再将代码稍加改动：子进程修改全局变量g_val

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()

	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
  	
		perror("fork");
		return 0;
	
	else if(id == 0)//child,子进程肯定先跑，也就是子进程先修改，完成之后，父进程再读取
     
      while (1)
      
        g_val=100;
        printf("child[%d]: %d : %p\\n", getpid(), g_val, &g_val);
        sleep(1);
      
    
    else//parent
     
      while(1)
      
		    sleep(3);
		    printf("parent[%d]: %d : %p\\n", getpid(), g_val, &g_val);
	
      
    
    
    sleep(1);
    return 0;

输出结果：

//与环境相关，观察现象即可
child[3046]: 100 : 0x601058
child[3046]: 100 : 0x601058
child[3046]: 100 : 0x601058
parent[3045]: 0 : 0x601058

我们发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！能得出如下结论:

变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址
在Linux地址下，这种地址叫做虚拟地址。地址空间，是对物理内存的一种虚拟化表示，虚拟空间最终会以某种方式转化到物理内存
我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址。而物理地址用户一概看不到，由OS统一管理

OS负责将虚拟地址转化成物理地址。

子进程会继承父进程的数据，所以打印出来的地址是一样的，由于打印出来的地址是虚拟地址，而操作系统会将虚拟地址映射到物理地址上，所以实际上，父进程和子进程占有的物理地址空间是不同的，因此，g_val才会不同

由此也证明了，进程具有独立性。

进程地址空间

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成进程地址空间，那该如何理解呢？看图

说明:
上面的图就足矣说明问题，同一个变量，地址相同，其实是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址

有多少个进程就有多少个进程地址空间(虚拟空间)

那么为什么需要虚拟空间呢？

如果只有物理内存，我们进程访问的地址都是物理地址，如果有野指针，就可能会将其他区域的数据修改，从而造成错误，而有了虚拟地址空间的话，野指针指向的地址在映射成物理地址后，如果这块空间不存在或者没有权限访问，程序就会报出错误，进而防止了一些内核的数据被修改。

而且，可能存在这种情况：

有两个进程的空间在物理内存上已经被分配好了，可是有可能在进程运行的时候，初始分配的空间不足，所以需要另外开辟空间，新开辟的空间此时就是不连续的。这样就使数据的访问变得不方便，并且增加了异常越界的概率

而有了虚拟地址：

这样就不会造成空间不连续，且可以保护内存。

管理地址空间

先描述

地址空间本质就是一个数据结构struct

struct mm_struct
unsigned long code_start;
unsigned long code_end;
unsigned long ...
    
...
...
    
;

申请空间的本质：向内存索要空间，得到物理地址，然后在特定区域申请没有被使用的虚拟地址，建立映射关系，返回虚拟地址即可。

再组织

task_struct中：

//mm:关于进程的地址空间，active_mm:指向进程的地址空间。（链表和红黑树）
struct mm_struct *mm, *active_mm;

task_struct通过这两个成员进行和mm_struct联系，每一个进程都会有唯一的mm_struct结构体。

进程重定义

进程是加载进内存的程序，由进程常见的数据结构(struct task_struct(控制块) 和 struct mm_struct(地址空间)) 和代码数据构成。

补充task_stuct中部分内容的解释

上下文数据：当一个进程在自己的时间片内运行时，当时间片结束，CPU的寄存器等存储器里还有属于当前进程的数据，这些数据被称为上下文数据，表示当前进程时间片终止时数据的处理情况，上下文数据要被保存进PCB(task_struct)，否则到下次轮到该进程继续运行时，就不知道处理到哪一步了。然后下一个进程占用CPU继续运行

内存指针：可以找到进程的代码和数据。

程序计数器pc：保存当前正在执行指令的下一条指令的地址

运行队列：

等待队列：

以上是关于初始进程2.0的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

实验三进程调度模拟程序2.0

CentOS7 初始化脚本 2.0

Flutter 2.0 - 按下时如何更改 TextButton 的初始颜色？

C# (.NET 2.0) 中 Windows 的进程间通信

初始进程2.0

文章目录

进程优先级

基本概念

优先级 vs 权限(自己的理解)

查看系统进程

PRI and NI

查看进程优先级的命令

用top命令更改已存在进程的nice：

进程相关的其他概念

环境变量

基本概念

常见环境变量

查看环境变量方法

测试PATH

HOME

USER

HISTSIZE

SHELL

和环境变量相关的命令

环境变量的组织方式

通过代码如何获取环境变量

通过系统调用获取环境变量 ——getenv

环境变量通常是具有全局属性的

程序地址空间

研究背景

程序地址空间

进程地址空间

那么为什么需要虚拟空间呢？

管理地址空间

先描述

再组织

进程重定义

补充task_stuct中部分内容的解释