进程概念部分的理解
文章目录
- 一.查看进程
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- windows环境中
- Linux环境中：
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- 1. 用ps ajx |grep "可执行文件名字"
- 第二种方案 **ls / proc**
- 二.进程VS程序
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- 加载到内存中的程序就叫做进程。那进程和程序有什么区别吗？
- 三. 进程PCB
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- 1. 进程PCB 对于程序的意义
- 2. PCB的内部构成
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- 1. 标识符：pid
- 2. 退出码
- 3. 优先级 VS 权限
- 4. 程序计数器：
- 5. 内存指针：
- 6. I/O状态信息：
- 7. 记账信息：
- 8. 上下文数据
- 四. fork()创建子进程的本质
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- 1. 如何用代码创建进程 fork();
- 2. 怎么验证有两个进程？
- 3. 那我们如何理解fork创建子进程的本质？
- 4. 我们创建的子进程就是为了和父进程干一样子的事情吗？
- 5.但是现在的函数fork为什么有两个返回值呢？
- 五.进程状态的解释和图示
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- 僵尸进程
- 孤儿进程
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- 六. 进程优先级
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- 1. 查看进程优先级：`pri` `ni`
- 2.修改进程优先级
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- nice值为什么只能是相对比较小的范围呢？
- 七.进程的其他概念
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- 知道就行，自行理解，不多BB了！！
一.查看进程
进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时（操作系统执行之），它才能成为一个活动的实体，我们称其为进程。
我们先来看。
windows环境中
Linux环境中：
1. 用ps ajx |grep “可执行文件名字”
第二种方案 ls / proc
所有的目录结构都是在内存中的，提供proc 目录让我们以文件的形式查看。
.exe对应进程是谁。
二.进程VS程序
加载到内存中的程序就叫做进程。那进程和程序有什么区别吗？
- 例如磁盘当中的x文件 XXX.exe可执行程序程序本质上就是文件，可执行程序文件也必须加载到内存当中。
- OS也要为你这个进程创建一个PCB 或者 task_struct，这个结构结构体当中包含了这个文件的相关属性(暂时不展开讲)两者相结合统称为进程。
例如：并不是你进学校你就是这个学校的学生，这个学校里面得有你的信息。 - 所以进程= 程序文件内容+ 相关数据结构（与进程相关的）task_struct{}(由操作系统自动创建)
List当中的Node节点类型就相当于task_struct，包含了所有的属性信息也就是数据。
三. 进程PCB
1. 进程PCB 对于程序的意义
- CPU中对于进程的调用只需要对PCB相应的进程属性的访问就可以。
操作系统将进程给CPU，只需要你将test_struct 结构体变量链接到CPU之中。控制块去排队，通过各种属性，就可以使得CPU找到进程的代码进行跑。
*有了进程控制块，所有的进程管理任务和进程对应的程序毫无相关，与进程对应的内核创建的该进程的PCB强相关。
进程控制块就是常说的pcb，是操作系统调度控制程序运行的唯一实体。 - 程序是静态的概念；进程是程序在处理机上一次执行的过程，是动态的概念一个程序可以作为多个进程的运行程序。
一个进程是一个程序对于多个数据集的执行过程，是分配资源的基本单位。
作业需要计算机完成的某项任务，是要求计算机完成工作的集合，一个作业可以是多个进程组合，但至少是一个进程。
所以，这里可以再一次强调：
进程=程序 + 操作系统维护进程的相关数据结构。
2. PCB的内部构成
PCB(test_struct) 内容分类：
1. 标识符：pid
用于描述进程的唯一标识符，用来区别于其他进程->pid.
查看进程pid的系统调用接口：pid_t getpid();
getpid(); //获取id标识符
getppid(); //获取父进程的id标识符
在命令行上运行的命令，基本上父进程都是bash
注：kill -9 +pid 命令将进程杀掉
2. 退出码
进程属性有：任务状态，退出代码，退出信号
我们书写main函数时结尾的return 0;就是进程退出时退出码，让他的父进程拿到。
指令echo $? ：查看执行最近一次进程的退出码
3. 优先级 VS 权限
他俩之间的区别就是 先后的问题 和 能不能的问题
CPU 比较少，但是进程还是非常多的。就涉及到进程彼此之间优先级的问题。（在后面讲到，现在只说明PCB中有这个属性。）
4. 程序计数器：
指向当前程序正在执行语句的下一条语句的地址
我们逻辑中的顺序结构以及CPU 是怎么区分先后顺序的，依靠的就是PCB中的程序计数器。
5. 内存指针：
通过PCB task_struct的内存指针找到数据和代码。
通过这个就实现了只通过调用PCB就可以实现调用进程的结果。
6. I/O状态信息：
进程执行时处理器中寄存器中的数据。文件操作就是进程操作。
7. 记账信息：
OS调度模块，较为均衡的调度每个进程获取CPU资源，然后进程被执行。调度器依靠记账信息就可以更好的调度进程。类似你的年龄，不同的年龄去被调度做不一样的事情。
8. 上下文数据
进程被创造就是要被CPU执行其代码的，但是进程很多，所以每个进程的PCB都需要在运行队列中排队。
但是有的时候，进程的代码可能不是很短时间就完成的，所以，
规定每个进程单次运行的时间片：假如每个进程只给10ms时间，运行不完成就继续去排队。
在单CPU情况下，用户感到多个进程同时运行，本质上是通过CPU在时间片的作用下快速切换进程完成的。
所以：
进程在运行期间是有切换的，进程可能存在大量的临时数据 ->
暂时在CPU的寄存器中保存，保存进程的核心临时数据。
可是CPU只有一套寄存器啊！所以在多进程切换进程的时候可能会存在数据的替换。
故事：大学入伍当兵但是没有给学校报备，因为学校没有你的信息了，所以认为你在学校的进程就结束了。等你大学回来再想继续你大学的进程时，没有你的信息你就无法再继续了。
那么切换回来的时候怎么找到原来的数据呢？
-> 保护上下文数据，恢复上下文数据。
目的是：
为了让你做其他事情但是不耽误当前，当你想回来的时候可以接着进行。
所以，
虽然寄存器硬件只有一份，但是寄存器里面数据是你这个进程的！！切换的时候，将寄存器中的数据先保存一下，结构体里面再套一个结构体
再运行排到时，将原来的上下文信息再重新交给CPU接着执行。
通过上下文，我么可以感受到进程是相互切换的。
这个上下文信息就是进程放在CPU中运行产生的数据。
四. fork()创建子进程的本质
1. 如何用代码创建进程 fork();
2. 怎么验证有两个进程？
用fork() 创建子进程，就会有两个执行流。现象表示：
(1)既可以执行if也可以执行else
(2)while执行了两个进程
(3)printf();打印了两次
图示如下：
3. 那我们如何理解fork创建子进程的本质？
- ./cmd ，run command， fork() 在操作系统角度都是创建进程的方式
- fork本质是创建进程，系统里面多了一个进程与进程相关的内核数据结构+进程的代码的数据
我们只是fork了，创建了子进程，但是对应的代码和数据呢？
fork只是创建了子进程，没有代码和数据。
通过系统调用创建进程-fork初始化，
默认情况下，会继承父进程的代码和数据。
内核数据结构task_struct 也会以父进程的为模板初始化子进程的task_struct
*特点：
3. fork之后，子进程和父进程的代码是共享的，fork 之前的代码也是共享的，只是不执行罢了。顺序往后执行而已。
4. 代码是不可以被修改的，父子代码只有一份,因为代码是具有只读性的。例如家业只有一份，父子是共享的。
*代码跟父进程一样，那数据呢？
5. 数据默认情况下也是共享的，不过要考虑被修改的情况，数据因人不同就会不一样可修改。
通过数据的**“写时拷贝”***来完成进程数据的独立性，
*写时拷贝：就是一个进程的数据修改了，写实拷贝拷贝一份一样的给你修改，别干扰别人。
所以：
如果父子进程都不进行数据的写入，那么数据还是共享的。
当有一个人呢尝试修改时，OS 会干涉，先进行写实拷贝，然后再进行修改。
但是并不是每一个数据都需要写实拷贝，所以只有在需要用的时候才会践行写实拷贝，这样会更加省空间，不会造成不必要的数据拷贝而浪费空间。
数据和代码这样处理都是为了维护进程的独立性。
fork的返回值 pid_t 衍生出一个问题：
4. 我们创建的子进程就是为了和父进程干一样子的事情吗？
不是。一般还是根据fork的返回值来完成分开去做不一样的事情。
fork有的返回值：
要么失败要么成功，
成功的话：给父进程返回子进程的pid,给子进程返回0.
图示：
5.但是现在的函数fork为什么有两个返回值呢？
因为现在是多执行流
*1. 如何理解有两个返回值？
开始return语句 说明代码的核心数剧已经执行完毕了，也就是在返回之前已经完成了两个进程的创建。后续的代码也就是return是共享的，会被两个进程执行两次，返回的时候直接返回两个。
*返回值是数据吗？return的时候会写入吗？
返回通过寄存器返回，函数有变量来接收，接收的变量就是储存数据的空间。父子进程两个执行流会有两次返回和接收，所以会有有两个返回值。
return的时候的先后问题就会有写入，进行写实拷贝的时候造成返回值的不同的问题
*2. 如何理解两个返回值的设置？
父进程：子进程=1：n的关系，子进程的返回值便于父进程根据返回值判断并控制子进程。
写代码多进程。
3.父子进程谁先开始跑的呢？不确定，调度器CPU会调整。
五.进程状态的解释和图示
状态信息在PCB中。
进程状态的意义*：方便OS判断进程，完成特定的功能，比如调度，本质是对进程进行分类.
具体状态：
- R 运行态一定是在占有CPU吗？一定是在CPU中正在运行吗?
不一定，已经在运行队列(run_queue)当中，CPU调用的都是对于task_struct 的增删查改
*R状态的意义是什么？
随时准备着被调度到CPU当中运行，是在等待CPU。
查看R状态：
- S ：睡眠状态（浅度睡眠）可终止*
当我们想要完成某种任务的时候，任务条件不具备时，需要进程进行某种(输入者输入)等待，
排列在wait_queue等待队列当中的进程（是进程的PCB在等待）,等待资源就绪.
等到磁盘可读等资源就绪就会将进程状态改为R状态，放到run_queue中，再开始访问外设。
千万不要认为进程只会等待 CPU 资源，等CPU时，是运行队列。 等待磁盘网卡等外设时是等待队列。
所谓的进程在运行的时候，有可能因为运行需要，可能在不同的队列。
在不同的队列，进程的状态是不同的。(状态额本质就是对进城进行分类，这个队列就是实现了分类)
我们把从运行状态的task_struct（位于run_queue）放到等待队列中就叫做 挂起等待（阻塞）
从等待对列放到运行队列，被CPU调度就叫做唤醒进程。
可中断睡眠S
两个队列之间的切换就完成了。
S状态的查看：
等待配置就绪而一直卡着的状态就是S状态，可以被中止。
我们日常的软件卡死现象就是运行在等待。
网卡磁盘显示器键盘，进程都可能等待这些外设就绪。所以会存在少量的运行队列，大量的等待状态。
实测：
（1）死循环向显示器这些外设设备上打印（IO状态）的时候，速度在CPU看来是很慢的，所以检测处于S状态。
（2） 一直切换RS速度很快。往外设上打印时需要时间的，此时在CPU看来，你的速度很慢，我就得处于S状态等会你。
所以， IO和CPU相比，太慢了。
-
D状态（深度睡眠状态）：不可中断状态，操作系统也杀不掉。
例如在进程等待外设完成某些任务时，此时的进程是不能被OS干掉的，如果进程此时被干掉了，外设完成任务之后返回数据时就会造成数据丢失就完了。
如果进程处于这个状态，就只能等这个任务完成，或者重启。 -
T状态：暂停状态
实测图示和注释如下：
kill -19 pid :将进程中止，此时进程处于T状态
kill -18 pid :进程继续运行，此时进程处于S状态，但是已经没有右上角的+号了。Ctrl C也不好使了，因为已经处于后台状态了
只能用 kill -9 pid :将现在这个后台进行的进行中止
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t状态，追踪状态，调试的时候。
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x状态：死亡状态，需要回收进程资源，内核数据结构+你的代码和数据。
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z状态: 僵尸状态。
为什么要有僵尸状态？
法医鉴定是否死亡的期间，人就处于僵尸状态，你还不确定他死，并且未查出死亡原因。
为了辨别退出死亡原因。进程退出的信息也是数据放在task_struct 中，这时候的PCB就被更改为z状态。
如果没有人检测或者回收进程（父进程），该进程进入z状态。
确认死亡之后才是X状态。如何检测和回收暂时不说。
怎么看到？
僵尸进程
子进程死了，父进程还没回收的间隔，子进程状态就处于僵尸进程。
演示如下：
僵尸进程是指先于父进程退出的子进程程序已经不再运行，但是因为保存退出原因，
因此资源没有完全释放的进程，因此不会自动退出释放资源，也不会被kill命令再次杀死
僵尸进程因为资源不会完全释放，因此有可能会造成资源泄漏，但是孤儿进程不会。
孤儿进程
父进程先死，先退出了。
孤儿进程：父进程先死了，子进程还在跑，就将子进程交给1号进程(OS)领养。
精灵进程与守护进程指的是同一种进程，守护进程：运行在后台的一种特殊进程，独立于控制终端并周期性地执行某些任务。
孤儿进程：子进程先于父进程退出，运行在后台，父进程成为1号进程，退出后由1号进程回收资源
六. 进程优先级
为什么会有优先级？
本质上就是资源太少。本质是分配资源的一种方式
1. 查看进程优先级：pri ni
ps -al
UID:用户ID 身份证号码
Linux 当中的优先级数据值越小，优先级越高。
ni:优先级的修正数据。进程优先级的调整幅度。
调整进程优先级就是调整nice 值。调整的时候PRI的值是80开始
ni的取值范围是-20~19，一共40个级别。优先级最高就是60
new_pri=old_pri+ni;调整优先级的过程。
每一次指令进行修改的时候，old_pri都是80开始的。
调整进程优先级的系统接口：不推荐自己改。
2.修改进程优先级
top命令进行优先级的修改。但是修改之后的优势还是感觉不到的。
nice值为什么只能是相对比较小的范围呢？
优先级再怎么设置，也只能是一种相对的优先级不能出现绝对的优先级，插队差不多就行了别插太多。
避免出现很严重的“饥饿问题”。别让一个进程长时间得不到CPU资源。 而调度器的核心功能：较为均衡的让每个进程享受到CPU资源。
七.进程的其他概念
知道就行，自行理解，不多BB了！！
进程的竞争性。
独立性。
并行性。多个CPU中同时运行多个进程。
并发性：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得以推进。