截至目前,我们所认识的计算机,都是有一个个的硬件组件
组成
关于冯诺依曼,必须强调几点:
存储器指的是内存
内存
打交道
- CPU读取数据(数据+代码)都是要从内存中读取的。站在数据的角度,我们认为CPU不和外设直接交互
- CPU要处理数据,需要先将外设中的数据加载到内存。站在数据的角度,外设直接和内存打交道
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,称为操作系统(OS)。
笼统的理解,操作系统包括:
在整个计算机软硬件架构中,操作系统的定位是: 一款纯正的“搞管理”的软件
管理是对被管理对象的数据管理
管理理念:先描述,再组织
例如:先对被管理对象进行描述,再根据描述类型,定义对象,可以把对象组织成数组——>对学生的管理工作就变成了对数组的增删查改
Linux内核是用C语言写的struct
OS:内部,一定存在大量的数据结构和算法
计算机管理硬件:
- 在开发角度,操作系统对外会表现为一个整体,但是会暴露自己的部分接口,供上层开发使用,这部分由操作系统提供的接口,叫做系统调用。
- 系统调用在使用上,功能比较基础,对用户的要求相对也比较高,所以,有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装,从而形成库,有了库,就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
我们自己启动一个软件,本质其实就是启动了一个进程
在linux下,运行一条命令,其实就是在系统层面创建了一个进程
linux是可以同时加载多个程序的,linux是肯同时存在大量的进程在系统中(OS,内存)所以必须管理进程
先描述,再组织
进程 = 对应的代码和数据 + 进程对应的PCB结构体
PCB process control block
本质是一个结构体struct
不同的操作系统中,PCB的名字不一样
Linux:struct task_struct
.exe可执行程序其实本质就是文件:代码+数据
人认识世界,是通过属性来认识的
属性也是数据
文件 = 内容+属性
PCB包含了所有进程属性(struct)
对进程的管理,变成了对进程PCB结构图链表的增删查改
PCB是新增的
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。
ps
ps axj
ps axj | greap ‘myproc’
ps axj | head -1 && ps axj | greap ‘myproc’
top
ls /proc 里面的文件是动态的
cwd是当前进程的工作目录,一般都是默认打开当前路径
kill -9 id
#include
#include
#include
int main()
{
while(1)
{
pid_t id = getpid();//获取的是自己的进程PID
printf("hello world,pid:%d,ppid:%d\n",id,getppid());
sleep(1);
}
}
返回值:
fork之后,代码是父子共享的
先写出程序对应的Makefile
一下代码的执行情况是打印了两次you can see me !
fork之后有两个不同的执行流
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
//创建失败
perror ("fork");
return 1;
}
else if(id == 0)
{
//child process(task)
while(1)
{
printf("I am child,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
//parent process
while(1)
{
printf("I am father,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
以下有几个关于frok的问题:
为什么给子进程返回0,给父进程返回子进程的pid?
比例,父进程:子进程=1:n
所以父进程唯一,子进程可以有许多个,为了区分所以需要返回子进程的pid
为什么有两个返回值?
因为fork内部父子会各自执行自己的return语句
返回两次并不意味着保留两次
3 创建进程的时候,OS要做什么?
要先新建一个task_struct
当我们以及准备return了,我们的核心代码执行完了吗?
已经完成了
操作系统和CPU运行某一个进程,本质是从task_struct形成的队列中挑选一个task_struct,来执行它的代码
进程调度就变成了task_struct的队列中选择一个进程的过程
只要想到进程,优先想到进程对应的task_struct
父子进程被创建出来,哪一个会先被执行呢?
不一定
是由操作系统的调度器决定的
进程可以分为前台进程和后台进程(
&
)
./myproc
./myproc &
ps aux / ps axj 命令
一个进程已经退出,但是还不允许被OS释放,处于一个被检测的状态
维持该状态是为了让父进程和OS来回收
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)
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
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。
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
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
。
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,所以保存在task_struct(PCB)中,换句话说,
Z状态一直不退出, PCB就一直都要维护
。
一个父进程创建了很多子进程,就是不回收,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!
也会发生内存泄漏
创建一个维持30s的僵尸进程:
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(id > 0){ //parent
printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
sleep(30);
}else{
printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
sleep(5);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
return 0;
}
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?
为什么要被领养?
未来子进程退出的时候,父进程早已不在,需要领养进程来进行回收
写一个孤儿程序:
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
while(1)
{
printf("hello wowo!\n");
sleep(1);
}
}
else
{
//father
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("I am father: %d\n",cnt--);
sleep(1);
}
}
return 0;
}
运行程序之后,屏幕上打印五行I am father: cnt–(5,4,3,2,1)
之后就一直在打印hello wowo!
这里使用ctrl+c也无法终止程序
所以需要杀掉程序的命令 kill -9 id
先使用ps命令查看ID
ps ajx I head -1
ps ajx | head -1 && ps axj | grep myproc
ps ajx | head -1 && ps axj | grep myproc | grep -v grep
while :; do ps ajx | head -1 && ps axj | grep myproc | grep -v grep; sleep 1; echo "**********************************"; done
如上图所示,输入命令 kill -9 69657 就可以杀掉(回收)程序了
为什么要有优先级?
本质原因就是因为CPU是有限的,而进程太多,所以需要通过某种方式竞争资源。
什么是优先级?
确认是谁应该先获得某种资源,谁后获得
(我们是可以用一些数据来表明优先级的)
调度性
优先级——调度指标
linux具体的优先级做法:
1优先级 = 老的优先级 + nice值
老的优先级都是80,每次设置优先级,都要从进程最开始的优先级开始设置
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:
PRI,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
NI,就是nice值,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
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
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
。
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
while :; do ps -al | head -1 && ps -la | greap myproc; sleep 1; done
用top命令更改已存在进程的nice:
输入top
进入top后按“r”
PID to renic [default pid = 1491]
输入进程PID,
PID to renic [default pid = 1491]
17417
之后回车
Renic Pid 17417 to value
输入nice值
Renic Pid 17417 to value
20
CPU调度代码
时间片
抢占与出让
切换:
CPU会存在大量的寄存器
如果进程A正在运行,CPU内的寄存器里面,一定保存的是进程A的临时数据
寄存器中的临时数据叫做A的上下文
上下文的数据可以被丢弃吗?绝对不可以!!
当进程A暂时被切下来的时候,需要进程A顺便带走自己的上下文数据
带走暂时保存的目的:就是为了下次回来的时候,能恢复上去,就能按照之前的逻辑继续向后运行,就如同没有中断过一样。
cpu内的寄存器只有一份,但是上下文可以有多份,分别对应不同的进程