【Linux从青铜到王者】第六篇:Linux进程概念第二篇

系列文章目录

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前言

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一、进程状态查看

二、Z(zombie)-僵尸进程

1.僵尸进程概念

子进程先于父进程结束，而父进程又没有调用wait或者waitpid获取其退出信息。子进程还需要在其PCB中保存其退出的相关信息，所以，子进程的执行主体已经结束，但是操作系统并没有释放该进程PCB结构，以满足父进程后续对该子进程退出信息的查询（如果父进程还在运行）。在子进程结束运行之后，父进程读取其退出状态之前，我们称该子进程为僵尸进程。

2.僵死状态/进程

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

3.僵死状态/进程处理

由父进程调用wait或者waitpid获取其退出信息，但是调用wait或者waitpid的进程会阻塞运行，导致父进程在子进程结束之前不能执行其他事情。在此基础之上可用三种方式解决

1. 重启操作系统（建议不推荐）。

2. 利用信号SIGCHLD,子进程状态改变后会向其父进程发送SIGCHLD信号。父进程在接受到该信号后，在信号处理函数中调用wait或者waitpid。

3. 将僵尸进程的父进程杀掉，将最终使用的子进程变为孤儿进程，从而交由init进程处理其退出信息。
   
   

4.僵尸进程的模拟实现

代码如下：

#include
#include
int main()
{
     
    pid_t pid=fork();
    if(pid<0)
    {
     
        printf("fork error!\n");
    }
    else if(pid==0)
    {
     
        printf("i am child:pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
        //子进程
    }
    else 
    {
     
        while(1)
        {
     
            printf("i am father:pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
        //父进程
    }
    return 0;
}

子进程的状态：

5.僵尸进程的危害

1. 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？是的！
2. 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！
3. 那一个父进程创建了很多子进程，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！
4. 内存泄漏?是的！

6.进程状态总结

至此，值得关注的进程状态全部讲解完成，下面来认识另一种进程。

三、孤儿进程

1.孤儿进程概念

父进程结束或者异常终止，但是子进程继续运行。此时子进程的PPID被设置为1，即init进程。init进程接管了该子进程，并等待它结束，在父进程退出之后，子进程退出之前，该子进程属于孤儿进程（在Linux高性能服务器编程中也被称为僵尸进程）。

2.孤儿进程

1. 父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
2. 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
3. 孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽。
   

3.孤儿进程的模拟实现

代码如下：

#include
#include
int main()
{
     
    pid_t pid=fork();
    if(pid<0)
    {
     
        printf("fork error!\n");
    }
    else if(pid==0)
    {
     
        //子进程
        while(1)
        {
     
           printf("i am child:pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
           sleep(1);
        }
    }
    else
    {
     
        printf("i am father:pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
    }
    return 0;
}

由于进程号为17398的进程变成后台进程，所以不能ctrl+c退出。

要使用kill -9 强杀命令杀掉17398进程。**

题目：

4.僵尸进程和孤儿进程会造成什么？

无论哪种情况，如果父进程没有正确的处理子进程的返回信息，子进程都将停留在僵尸态或者孤儿态，并占据着内核资源。这是不允许的，毕竟内核资源有限。

四、进程优先级

1.进程优先级基本概念

1. cpu资源分配、外设IO的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
2. 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。
3. 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。

2.查看系统进程

在linux或者unix系统中，用ps –al命令则会类似输出以下几个内容：

代码如下：

#include
#include
int main()
{
     
    while(1)
    {
     
        printf("Hello Linux!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

1. UID : 代表执行者的身份，用户标识符。
2. PID : 代表这个进程的代号。
3. 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。
4. PRI ：prority代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行。
5. NI ：代表这个进程的nice值。

3.PRI and NI

1. 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。
   
   PRI的默认值一般是80。
2. 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。
   
   NI的默认值一般是0。
3. 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。
4. 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。
5. 所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值。
6. nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

4.PRI vs NI

1. 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。
2. 可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据。

5.查看进程优先级的命令

1. top。

top命令用于显示系统运行的进程信息，作用类似于windows中的任务管理器，只不过top不是图形化的，而是显示实时文本信息。
统计信息区域的下方显示了各个进程的详细信息。首先来认识一下各列的含义。PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
序号列名含义
PID 进程id
PPID 父进程id
RUSER Realusername
UID 进程所有者的用户id
USER 进程所有者的用户名
GROUP 进程所有者的组名
TTY 启动进程的终端名。不是从终端启动的进程则显示为?
PR 优先级
NInice 值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
P 最后使用的CPU，仅在多CPU环境下有意义
%CPU 上次更新到现在的CPU时间占用百分比
TIME 进程使用的CPU时间总计，单位秒
TIME+ 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
%MEM 进程使用的物理内存百分比
VIRT 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
SWAP 进程使用的虚拟内存中，被换出的大小，单位kb。
RES 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
CODE 可执行代码占用的物理内存大小，单位kb
DATA 可执行代码以外的部分(数据段+栈)占用的物理内存大小，单位kb
SHR 共享内存大小，单位kb
nFLT 页面错误次数
nDRT 最后一次写入到现在，被修改过的页面数。
S 进程状态。
D= 不可中断的睡眠状态
R= 运行
S= 睡眠
T= 跟踪/停止
Z= 僵尸进程
COMMAND 命令名/命令行
WCHAN 若该进程在睡眠，则显示睡眠中的系统函数名
Flags 任务标志，参考sched.h

2. 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值。
   
   

1.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。

1. 输入top命令，记得要加sudo提升权限。
   
2. 按r显示这个界面。
   
3. 输入进程PID的值。
   
4. 输入nice值。
   

这里就显示了修改以后的PRI和NI。

重要：

6.其他概念

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
   

五、环境变量

1.环境变量基本概念

1. 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。
2. 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。
3. 环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性。

2.为什么需要环境变量

环境变量（envirnment 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。

3.常见的环境变量

1. PATH : 指定命令的搜索路径。
2. 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)。
3. SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。
   

4.查看环境变量的方法

echo $NAME //NAME:你的环境变量名称

5.测试PATH

代码如下：

#include
int main()
{
     
    std::cout<<"Hello world"<<std::endl;
    return 0;
}

1. 创建hello.cpp文件
2. 对比./hello执行和之间hello执行

./hello运行

./目的是为了在当前路径下找到hello的可执行程序。

而如果直接运行hello那么将会发生错误：

4. 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？
   

5. 将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中, export PATH=$PATH:hello程序所在路。
   
   
   这种方法只是在当前终端有效，离开当前终端就失效了。
   

6. 对比测试使环境变量永久生效。
   
   原来的.bash_profile是这样的。
   
   经过修改后变成了:
   
   

7. 还有什么方法可以不用带路径，直接就可以运行呢？
   
   扩展知识:
   

6.测试HOME

用root和普通用户，分别执行 echo $HOME ,对比差异. 执行 cd ~; pwd ,对应 ~ 和 HOME 的关系。
root用户:

普通用户:

7.和环境变量相关的命令

1. echo: 显示某个环境变量值。
2. export: 设置一个新的环境变量。
3. env: 显示所有环境变量。
4. unset: 清除环境变量。
5. set: 显示本地定义的shell变量和环境变量。
   

8.环境变量的组织方式

在C语言中我们学到了指针数组，就是存放指针的数组，那么存放的就是各种环境变量的首地址，通过找到环境变量的首地址就可以找到对于的环境变量。

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。

9.通过代码如何获取环境变量

1. 命令行第三个参数

代码如下：

#include
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
     
    //argc : 命令行参数的个数， 本质上就是argv数组的元素个数
    //argv ：具体的命令行参数
    // envp : 环境变量的值
    for(int i=0;i<argc;i++)
    {
     
        printf("%s\n",argv[i]);
    }
    for(int i=0;env[i]!=NULL;i++)
    {
     
        printf("%s\n",env[i]);
    }
    return 0;
}

2. 通过第三方变量environ获取

代码如下：

#include
int main(int argc,char* argv[])
{
     
    extern char** environ;
    for(int i=0;environ[i]!=NULL;i++)
    {
     
        printf("%s\n",environ[i]);
    }
    return 0;
}

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。

10.通过代码如何获取环境变量

常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量。
代码如下：

#include
#include
#include
int main()
{
     
    printf("%s\n",getenv("PATH"));
    return 0;
}

11.环境变量通常是具有全局属性

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！

想象为什么?

代码如下：

#include
#include
int main()
{
     
    char* env=getenv("MYENV");
    if(env)
    {
     
        std::cout<<env<<std::endl;
    }
    return 0;
}

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅进程概念后面的一些知识，而进程提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。到这里，进程概念就结束了，后序将会有更重要的文章陆续更新，希望大家多多支持！另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。