进程概念+状态+优先级

一、计算机硬件知识

（1）冯·诺依曼体系

       a：运算器+控制器=cpu

       b：输入设备和输出设备属于外设（除cpu和内存外的都是外设）

       c：存储器=内存（不包括硬盘等）

       d：对于数据信号，外设只能直接和存储器打交道， cpu也只能直接和存储器打交道（cpu不能直接与外设联系）

       e：以在扣扣上发送消息为例，步骤为：

       发送方键盘（发送方输入设备）->发送方内存->qq封装处理消息（cpu）->返回到发送方内存->由发送方网卡（发送方输出设备）进行网络发送->接         收方网卡（接收方输入设备）接收消息->接收方内存->解包（cpu）->返回到接收方内存->接收方显示屏（输出设备）显示

二、操作系统

（1）OS：管理计算机软硬件资源的软件。    

         OS是一个基本的程序集合，笼统来说包括内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）与其他程序（库函数、shell程序等）。

（2）     

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        管理者：校长                                            

        中间人(执行者)：辅导员（不做管理决策）

        被管理者：学生

         【要管理好，管理者和被管理者可以不直接打交道】

         【管理者通过数据做数据决策】

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        管理者：操作系统

        中间人(执行者)：驱动程序

        被管理者：硬盘

        【不直接交流，通过OS采集到的硬件数据，而OS采集的硬盘数据由驱动程序提供】

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（3）管理层次图如下：

（4）OS的定位

        对下进行软硬件资源的管理 + 对上提供良好的执行环境

（5）OS对上只提供各种接口，这些接口称为系统调用。

        不同于库函数调用，系统调用要求对系统理解较深，库是基于此又开发的一层，便于降低调用要求。

        所以系统接口和库函数接口是上下层关系。

三、进程概念

先把每个学生 描述（用结构体存其数据）起来，再把学生的描述信息传给管理系统（即把学生的描述信息 组织起来）。

（1）基本概念

        进程是程序的一个执行实例、正在执行的程序等。对于内核来说，进程是担当分配系统资源（CPU时间、内存）的实体。

（2）进程描述——PCB

        PCB：进程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系统下的PCB是：task_struct。

        【每个进程都有一个结构体，再在每一个结构体内添加一个结构体指针，由此形成一个链表，OS通过该链表管理进程】

        【描述进程的结构体称为PCB】

        【管理进程其实就是管理进程的PCB】

（3）所以内存中有：OS、一堆进程、与进程对应的一堆PCB

（4）进程与程序的区别：

        在硬盘上放着的程序，一旦进入内存就是进程。

        程序一进入内存，OS就会给其建立PCB维护起来。

（5）task_struct 的内容分类

• 标识符：  描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程。  PID
• 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，分配给进程是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。

（6）进程的切换        

       被中断进程的信息保存在内存中，保存在内存中该进程的PCB中。

（7） 进程的id： PID   唯一标识符

（8）查询进程：

        proc   【进程的信息可以通过 /proc 系统⽂文件夹查看     如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个⽂文件夹】

        ps    【加参数aux将所有进程的信息展示出来】    ps aux | grep ‘5962’ ->查询PID为5962的进程，grep为管道

        系统调用    【通过系统调用同样可以获取进程的PID】getpid（）获取当前进程的pid     getppid（）获得父进程的pid

（9） 所有进程都是bash。

（10）终止进程

        ctrl+c

        kill       [kill -9 6233]  6233为要杀掉进程的PID

（11）创建进程

       让程序跑起来

       fork（）

（12）关于fork（）

       fork（）可创建子进程

        fork（）有两个返回值 ，分别为：给父进程返回子进程的PID、给子进程返回0。   因为孩子的父亲只有一个，而父亲的孩子不一定只有一个，所以子进程给父进程返回自己的PID、给自己返回0。

       【关于为什么会有两个返回值：因为当一个程序要返回时说明已经运行完成，子进程已经存在，此时运行返回语句，会因为子进程和父进程的代码共用性而运行两次。返回值的接收会触发写时拷贝（见（13））】

       fork（）之后，子进程和父进程共享代码   （一个执行另一个也执行），效果见下图；但两者的数据私有，即数据各自保存

eg：   

对于下面的程序，    

#include

#include

#include

int main()

{

    fork();

    printf("hello world!,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

    sleep(1);

    return 0;

}

运行结果为：

[root@localhost 1_class]# ./test_static

hello world!,pid:6367,ppid:5962

hello world!,pid:6368,ppid:6367    

【显然，下面的显示结果为子进程的显示结果，fork（）得到的子进程的PID为：6368。其创建步骤为：bash创建PID为6367的父进程，父进程创建PID为6368的子进程。】

（13）写时拷贝

       父子有任何一个进程尝试写入某程序时，OS会为其重新开辟一个空间让其写入。  只有写入时才会单独拷贝，平时共用，可节约空间。

（14）虽然父进程与子进程共享代码，但通常会为父进程和子进程分配不同的代码块。即将程序分流后让父进程和子进程各执行不同的代码块。

如：

#include

#include

#include

int main()

{

    pid_t id=fork();

    if(id==0)  //子进程

    {

         while(1)

         {

            printf("child do thing 1……,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

            sleep(1);

        }

     }

    else if(id>0)    //父进程

    {

        while(1)

         {

            printf("father do thing 2……,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

            sleep(3);

        }

    }

    else

    {

        perror("fork");

    }

    return 0;

}

//将子进程与父进程的任务利用if语句分割开来

（15）fork（）之后子进程和父进程谁先运行并不确定，完全由调度器决定。

四、进程状态

1、状态有哪些？

static const char * const task_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运⾏行状态（running）: 并不意味着进程⼀一定在运⾏行中，它表明进程要么是在运⾏行中要么在运⾏行队列里。
• S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这⾥里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（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停⽌止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停⽌止（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行。
• X死亡状态（dead）：这个状态只是⼀一个返回状态，你不会在任务列表⾥里看到这个状态。

【暂停和睡眠的区别：sleep做事情了，stop没有做事情，什么都没做。】

【sleep为浅度睡眠，可唤醒；D状态为深度睡眠状态，不可强制唤醒。S状态的进程可以被杀死，D状态不能被杀死】

【进程状态信息后面的+号表示是前台运行，没有+说明是后台运行】

【R状态不一定占CPU，但占CPU的一定是R状态】

2、进程状态切换图：

3、僵尸进程

• 僵死状态（Zombies）是⼀一个⽐比较特殊的状态。当进程退出并且⽗父进程（使⽤用wait()系统调⽤）没有读取到⼦子进程退出的返回代码时就会产⽣生僵死(⼫尸)进程
• 僵死进程会以终⽌止状态保持在进程表中，并且会⼀一直在等待⽗父进程读取退出状态代码。
• 所以，只要⼦子进程退出，⽗父进程还在运⾏行，但⽗父进程没有读取⼦子进程状态，⼦子进程进⼊入Z状态

僵⼫尸进程危害：

• 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关⼼心它的进程（⽗父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可⽗父进程如果⼀直不读取，那⼦子进程就⼀直处于Z状态？是的！
• 维护退出状态本⾝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？是的！
• 那⼀个⽗父进程创建了很多⼦子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构对象本⾝身就要占⽤用内存，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行开辟空间！
• 内存泄漏?是的！

4、孤儿进程

    父进程如果提前退出，那么子进程就称之为“孤儿进程”

    孤儿进程会被1号init进程领养，也就是说会由1号进程进行回收。

    父进程退出后为什么没有成为僵尸进程？因为父进程的父进程bash会立刻对死掉的父进程进行回收。

五、进程的优先级

1、重要的身份

• UID : 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

2、关于进程优先级PRI

    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。

3、 NI代表nice值，表示进程可被执行的优先级的修正数值。

    默认优先级的值为80，默认nice值为0     优先级越低越晚执行   

    修改进程优先级的命令：

    nice

    renice

    【开始执⾏行程序就指定nice值: nice -n -5 ./test】

   【 renice -5 -p 5200 //PID为5200的进程nice设为-5】

    用top命令更改已存在进程的nice：进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

4、其他概念

• 竞争性: 系统进程数⺫⽬目众多，⽽而CPU资源只有少量，甚⾄至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了⾼高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级
• 独⽴立性: 多进程运⾏行，需要独享各种资源，多进程运⾏行期间互不干扰
• 并⾏行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进⾏行运⾏行，这称之为并⾏行
• 并发: 多个进程在⼀一个CPU下采⽤用进程切换的⽅方式，在⼀一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发