Linux操作系统进程(下)

Linux操作系统进程(下)深入理解进程概念了解PCB学习进程状态创建进程掌握僵尸进程和孤儿进程的形成和危害了解进程的调度Linux进程优先级理解进程竞争性与独立性文章目录Linux操作系统进程(下)进程和PCB进程概念描述进程PCBtask_struct是PCB的一种task_struct内容分类组织进程查看进程通过系统调用获取进程标示符通过系统调用创建进程-fork()标示进程状态进程状态查看Z(zombie)-僵尸进程孤儿进程进程优先级其他概念进程和PCB进程概念课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。描述进程PCB进程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。课本上称之为PCBprocess control blockLinux操作系统下的PCB是: task_struct。task_struct是PCB的一种在Linux中描述进程的结构体叫做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。task_struct内容分类标示符: 描述本进程的唯一标示符用来区别其他进程。状态: 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的内存块的指针上下文数据:进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子要加图CPU寄存器]。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。查看进程进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看如要获取PID为1的进程信息你需要查看 /proc/1 这个文件夹。大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取#includestdio.hintmain(){while(1){;}return0;}进程标识符就像学校里面学生的学号一样具有唯一性但是每一次的进程标识符都是不一样的和上大学一样开学的时候之前你的大学都会给你分配一个学号如果你没去报道准备复读重新高考但是最终还是和上次考上的学校一样这个时候分配给你的学号也会不一样。也就是说进程标识符会随着程序的每次启动都会发生改变每次改变都不会和上一次的标识符冲突。通过系统调用获取进程标示符进程idPID父进程idPPID#includestdio.h#includesys/types.h#includeunistd.hintmain(){printf(%d\n,getpid());//打印的是当前程序的pidprintf(%d\n,getppid());//打印的是当前程序的ppidreturn0;}通过系统调用创建进程-fork()标示pid_t fork(void);fork有两个返回值父子进程代码共享数据各自开辟空间私有一份采用写时拷贝fork创建返回大于0的是父进程而子进程的返回是0如果返回-1即创建fork失败这是因为父进程要去接收子进程的pid所以父进程的返回值大于0#includestdio.h#includesys/types.h#includeunistd.hintmain(){pid_tnfork();if(n0){printf(我是父进程\n);}elseif(n0){printf(我是子进程\n);}else{printf(创建fork失败\n);}return0;}上述代码通过我们的正常思路是应该是如果创建成功先打印”我是父进程“再打印”我是子进程“如果创建失败就打印”创建fork失败“真的是这样吗为什么fork创建成功了会返回两个返回值为什么和我们想的不一样先回答第一个问题为什么fork返回值有两个我们可以这样理解fork()想象成”分身术“在最开始调用fork之前只有父进程调用时你使用分身术系统瞬间就创建了一个一模一样的你调用后就有两个你。 那么为了区分本体和分身就要给本体和分身互相打上编号这样系统才能分清本体和分身。为什么第一个打印的是我是子进程而不是我是父进程同样可以和第一个问题一样的理解。我们创建分身最本质的问题不就是要分身来帮助我来做我不愿意做的事情吗当分身做完了分身就没用了此时我就要过来检测一下分身是否做的正常。那么不就要先打印分身再打印本体其实这样说并不是严谨的因为本体和分身的运行先后是由系统的调度器来决定的。所以再回答第二个问题时我们应该先要问一下别人系统的调度器是怎么样的是先调用子进程还是父进程然后再回答。进程状态我们以Linux系统为主看看Linux上是怎么说的/* * The task state array is a strange bitmap of * reasons to sleep. Thus running is zero, and * you can test for combinations of others with * simple bit tests. */staticconstchar*consttask_state_array[]{R (running),/* 0 */S (sleeping),/* 1 */D (disk sleep),/* 2 */T (stopped),/* 4 */t (tracing stop),/* 8 */X (dead),/* 16 */Z (zombie),/* 32 */};R运行状态running这里的运行状态并不是说程序就一定在运行中它表明了进程要么在运行中要么在运行队列里。S睡眠状态sleeping意味着进程在等待事件完成这里的睡眠有时候也可以叫做可中断睡眠interruptible sleep。D磁盘休眠状态Disk sleep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 信号让进程继续运行。X死亡状态dead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。进程状态查看ps auj/ps axj 命令Z(zombie)-僵尸进程僵尸状态(Zombie)是一种比较特殊的状态。当进程退出并且父进程没有读到子进程退出的返回代码时就会产生僵尸进程僵尸进程会以终止状态保持在进程表中并且一直等待父进程读取退出状态代码所以子进程退出父进程还在运行但父进程没有读到子进程状态子进程就会进入Z状态。创建一个30秒维持僵尸进程的代码#includestdio.h#includesys/types.h#includeunistd.h#includestdlib.hintmain(){pid_tidfork();if(id0){perror(fork);return1;}elseif(id0){printf(parent[%d] is sleeping... \n,getpid());sleep(30);}else{printf(child[%d] is begin Zombie... \n,getpid());sleep(5);exit(EXIT_SUCCESS);}return0;}僵尸进程危害当子进程退出时父进程没有接受到子进程退出的信息那么子进程就会一直维持着Z状态但是我们知道维持退出状态本身就要数据来维护同样也是进程基本信息需要保存到task_struct(PCB)中换句话说就是Z状态一直不退出PCB就要一直维护。如果一个父进程创建了很多的子进程但是这个父进程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的结构体对象是要在内存的某个位置上开辟空间的。孤儿进程父进程如果提前退出那么子进程后退出进入Z之后那该怎么办如果发生上述的事情无异于对系统来一次重击所以操作系统就重新为这种情况进行了处理当父进程先退出子进程后退出这种进程叫孤儿进程。系统是如何处理孤儿进程的在系统中孤儿进程通常会被1号init进程领养最后也会被1号init进程回收。#includestdio.h#includesys/types.h#includeunistd.h#includestdlib.hintmain(){pid_tidfork();if(id0){perror(fork);return1;}elseif(id0){printf(I am child, pid : %d\n,getpid());sleep(5);}else{printf(I am parent, pid : %d\n,getpid());sleep(3);exit(EXIT_SUCCESS);}return0;}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的权利。配置进程优先权对多任务环境的Linux很有用可以改善其性能。还可以将进程运行到指定的cpu上运行这样一来把不重要的进程安排到某个cpu可以大大改善系统的整体性能。查看系统进程在最开始的时候我们说了一种方法就是ls /proc/现在在说一种查看进程的方法ps -lUID : 代表执行者的身份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PRI and NIPRI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。PRI vs NI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修正数据在初学的时候最好不要去修改进程的PRI 和 NI因为在系统中别人已经都设计好了并不需要去操作和调整。查看进程优先级的命令top / htophtop是top的增强版本通常需要手动安装用top命令更改已经存在进程的nicetop进入top后按r-输入进程pid-输入nice值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如有错误请帮我指出谢谢