Linux - 进程概念
1.冯诺依曼体系结构
我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系
截至目前，我们所认识的计算机，都是由一个个的硬件组件组成
● 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等
● 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
● 输出单元：显示器，打印机等
关于冯诺依曼，必须强调几点：
● 这里的存储器指的是内存
● 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)
● 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。
● 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录qq开始到和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。
2.操作系统(Operator System)
概念：
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：
● 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
● 其他程序（例如函数库，shell程序等等）
设计OS的目的：
● 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
● 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境
定位：
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
如何理解"管理"：
总结
计算机管理硬件
1.描述起来，用struct结构体
2.组织起来，用链表或其他高效的数据结构
3.系统调用和库函数概念
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。
系统调用，其实就是OS设计的C语言函数！
4.进程概念
概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
内核观点：担当分配系统资源的实体
4.1描述进程-PCB
进程信息被放在一个叫做程序控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合
Linux操作系统下的PCB是 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
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。
Linux下的task_struct如下：
//Linux中task_struct用来控制管理进程，结构如下：
struct task_struct
{
//说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
volatile long state;
//Flage 是进程号,在调用fork()时给出
unsigned long flags;
//进程上是否有待处理的信号
int sigpending;
//进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
mm_segment_t addr_limit; //0-0xBFFFFFFF for user-thead
//0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
//调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
volatile long need_resched;
//锁深度
int lock_depth;
//进程的基本时间片
long nice;
//进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
unsigned long policy;
//进程内存管理信息
struct mm_struct *mm;
int processor;
//若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
//指向运行队列的指针
struct list_head run_list;
//进程的睡眠时间
unsigned long sleep_time;
//用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
struct task_struct *next_task, *prev_task;
struct mm_struct *active_mm;
struct list_head local_pages; //指向本地页面
unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
struct linux_binfmt *binfmt; //进程所运行的可执行文件的格式
int exit_code, exit_signal;
int pdeath_signal; //父进程终止是向子进程发送的信号
unsigned long personality;
//Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
int did_exec:1;
pid_t pid; //进程标识符,用来代表一个进程
pid_t pgrp; //进程组标识,表示进程所属的进程组
pid_t tty_old_pgrp; //进程控制终端所在的组标识
pid_t session; //进程的会话标识
pid_t tgid;
int leader; //表示进程是否为会话主管
struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
struct list_head thread_group; //线程链表
struct task_struct *pidhash_next; //用于将进程链入HASH表
struct task_struct **pidhash_pprev;
wait_queue_head_t wait_chldexit; //供wait4()使用
struct completion *vfork_done; //供vfork() 使用
unsigned long rt_priority; //实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值
//it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies, 系统根据it_real_value
//设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据
//it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。
//当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送
//信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.
//it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种
//状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据
//it_virt_incr重置初值。
unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
struct timer_list real_timer; //指向实时定时器的指针
struct tms times; //记录进程消耗的时间
unsigned long start_time; //进程创建的时间
//记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
//内存缺页和交换信息:
//min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copy on Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换
//设备读入的页面数）； nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。
//cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。
//在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
//进程认证信息
//uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gid
//euid，egid为有效uid,gid
//fsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件
//系统的访问权限时使用他们。
//suid，sgid为备份uid,gid
uid_t uid,euid,suid,fsuid;
gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组
//进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
int keep_capabilities:1;
struct user_struct *user;
struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]; //与进程相关的资源限制信息
unsigned short used_math; //是否使用FPU
char comm[16]; //进程正在运行的可执行文件名
//文件系统信息
int link_count, total_link_count;
//NULL if no tty 进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空
struct tty_struct *tty;
unsigned int locks;
//进程间通信信息
struct sem_undo *semundo; //进程在信号灯上的所有undo操作
struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
//进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
struct thread_struct thread;
//文件系统信息
struct fs_struct *fs;
//打开文件信息
struct files_struct *files;
//信号处理函数
spinlock_t sigmask_lock;
struct signal_struct *sig; //信号处理函数
sigset_t blocked; //进程当前要阻塞的信号，每个信号对应一位
struct sigpending pending; //进程上是否有待处理的信号
unsigned long sas_ss_sp;
size_t sas_ss_size;
int (*notifier)(void *priv);
void *notifier_data;
sigset_t *notifier_mask;
u32 parent_exec_id;
u32 self_exec_id;
spinlock_t alloc_lock;
void *journal_info;
};4.2查看进程
进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看
查看PID为1的进程
ls /proc/1
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
ps axj | head -1 && ps axj | grep myprocess | grep -v grep
4.3通过系统调用获取进程标示符
进程id（PID） 父进程id（PPID）
getpid() 获取pid getppid() 获取父进程pid
#include
#include
#include
int main()
{
while (1)
{
printf("hello process，我的pid: %d ", getpid());
printf("我的父进程ppid: %d\n", getppid());
}
return 0;
} 
kill -9 pid //终止进程
4.4通过系统调用创建进程-fork初识
运行 man fork 认识fork 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）
#include
#include
#include
int main()
{
printf("AAAAAAAAAAAA:pid:%d ppid:%d\n", getpid(), getppid());
pid_t ret = fork();
printf("BBBBBBBBBBBB: pid:%d, ppid:%d, ret:%d, &ret:%p\n", getpid(), getppid(), ret, &ret);
sleep(1);
return 0;
}
发现执行了两个BBBBBBB，父子进程顺序是顺机的，由操作系统决定
这里AAAAAA的父进程其实就是bash
两个问题？
1个函数为什么由两个返回值？
同一个地址，变量有两个值？
fork 之后通常要用 if 进行分流 ret>0的是父进程，ret==0是子进程
#include
#include
#include
int main()
{
pid_t ret = fork();
if (ret == 0)
{
// 子进程
while (1)
{
printf("我是子进程，我的pid是：%d,我的父进程是：%d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
else if (ret > 0)
{
// 父进程
while (1)
{
printf("我是父进程，我的pid是：%d,我的父进程是：%d\n", getpid(), getppid());
sleep(2);
}
}
else
{
}
return 0;
} 
fork后执行流变成两个执行流，谁先运行由调度器，且代码共享，通常我们用if /elseif来执行流分流。
