LInux-4-进程地址空间

前言

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进程优先级

相关概念：

• 优先级含义：

  CPU资源分配的先后顺序

• 优先级作用：

  可以将指定进程运行到指定的CPU上（上下文切换次数少了），以改善多任务环境的linux的系统性能

• 进程竞争性：

  系统进程数目众多，CPU计算资源有限

• 进程独立性：

  一个进程在运行时，独享各种资源（网络带宽/CPU算力），其他进程不干扰

  考虑进程独立性，父子进程有时共享程序和数据，有时子进程需另开辟程序和数据，下面的进程地址空间将会展开说

• 进程切换：

  当进程数目太多时，CPU切换进程的成本没有增加

  但是在应用层看来，会有卡顿的感觉

• 进程切换的时机：

  1. 多数情况：PCB的时间片到期
  2. 少数情况：更高优先级的进程到来

查看优先级：

查询指令：

• 查看PCB信息指令：

  ps -l					//粗略几个进程的信息，如bash + ps
  ps -la					//详细所有进程的信息
  

• 查看PCB的优先级：
  

PRI&NI：

• PRI：当前优先级，默认为80

  值越小则越先执行，范围为[60 , 99]

• NI：Nice值，对优先级的修正数值，默认为0

  有正有负：从-20 ~ 19，共40级，输入-100自动-20，输入100自动19

  调整优先级其实是在调整NI值，且每次都是在80的基础上调节

调整优先级：

法一：top调整

• linux的任务管理器：

  top							//查看所有进程
  top 输入r 输入pid 输入nice值	//调整指定进程的优先级 
  

• top：查看进程管理器
  

• top + r + pid + nice：修改进程优先级
  

• 尝试改动nice为-20后，再查看PCB信息：
  

法二：renice

• renice 命令：

  renice -n 进程pid 新的nice值
  

环境变量

• 引导问题：
  为什么我们写的程序要运行需要加./
  而Linux自带的命令程序要运行不需要加./？

./mytest.c			
//运行我们自己写的程序要带./才能找到
ls					
//运行系统指令不需要带./就能找到
llll 
//报错：command not found，说明命令行也是经过查找才找到的

• 命令本身也是程序，存储在环境变量中

  所有可执行程序在运行前都在环境变量中查询源程序

  环境变量中查询不到，再根据给定的路径寻找源程序

相关概念：

• 环境变量的含义：

  操作系统启动后，某些内容没有启动，需要后续启动

  后续启动前要先找到这些程序，就需要设定一些变量记录这些程序的路径

• 组成：

  变量名 + 变量内容（与操作系统环境有关）

• 全局性：

  环境变量就是系统级别的全局变量

• 举例：

  编译c / c++代码时，链接时我们不知道所链接的动态库和静态库在哪个文件夹下，但是仍然可以找到动静态库，并且编译成功

常见的环境变量：

PATH：

• 含义：常用的文件夹
• 查看PATH：

echo $PATH						//查看PATH内容，其实是:隔开的很多路径
/usr/local/jdk8/bin:
/usr/local/jsk8/jre/bin:
/usr/local/bin:
/usr/bin:
/usr/local/sbin:
/usr/sbin:
/home/whb/.local/bin:
/home/whb/bin

• ls命令程序的存储位置：在PATH内
  

HOME：

• 含义：当前用户所处的工作目录
  

SHELL：

• 我们并不与Linux内核直接交互，而是通过shell：

  输入的命令通过shell命令解释器之后交给kel

• 命令解释器也是一个程序，有很多版本，SHELL变量记录我们采用的版本

• 查看SHELL：
  

环境变量相关命令：

查看所有环境变量：

• env：

env

查看所有变量：

• Linux下变量包括环境变量 + 本地变量

set				//查看环境变量 + 本地变量

查看单一环境变量：

• echo + 环境变量名：

echo $PATH

添加环境变量：

• 法一：复制粘贴

sudo cp -f 文件 PATH中某一路径	//删除刚才向PATH添加的myproc

• 法二：export

export PATH=$PATH:新路径			//$PATH为保持原有路径

删除PATH中文件：

• rm删除

sudo rm /usr/bin/文件名		//删除刚才向PATH添加的文件

• 关机重启：

  云服务器的xshell每次重新连接，PATH内容自动复原

  最好不要随意向PATH等全局变量中添加自己的程序，容易污染命令池

增删本地变量：

• 本地变量的作用域：

  只在本进程内有效，command line内输入后，作用域也就是bash进程内

  MYVAL = 100				//添加本地变量
  
  env | grep MYVAL		//在环境变量中查询为空
  
  set | grep MYVAL		//在所有变量中可以查到100
  
  export	MYVAL = 100		//将本地变量导入环境变量
  
  export MYVAL			//本地变量也是可以直接使用的，直接一个名字就可以导入环境变量
  
  unset	MYVAL			//从本地变量中删除MYVAL
  

显示器终端文件：

• dev/pts：代表当前显示器开的所有窗口
• 向此云服务器其他用户窗口发送信息：

//先查看其他用户窗口号：
who

//再登录root权限
su -

//再给其他用户发送消息
echo "消息" > /dev/pts/终端号

main()参数的环境变量：

• C/CPP代码中的main()函数也可以接收参数：
  agrv 和 envp都是指针数组，最后一个元素都是NULL
  

• OS调用加载器 ，加载器调用mainCRTStartup()函数，mainCRTStartup()函数调用main()函数

  操作系统一方面通过argv & envp为main()函数提供信息
  另一方面通过僵尸进程接收main()函数运行完后return 的 0

argc & argv：

• 含义：

  1. int argc：控制台输入的命令行参数个数
  2. char* argv[]：控制台输入的命令行参数

• 举例查看argc & argv：

  1. 代码：
     
  2. 输入输出：
     

• 内存调用：
  

• argv的应用：

1. 代码：
   
2. 输出：
   

• 举例：

  ls -a -l 			//此处的ls是命令，a & l就是命令行参数
  

envp：

• 含义：程序运行时依赖的环境变量

• 来源：

  1. argc & argv的输入来源于OS自带的内容 / 控制台命令行输入
  2. envp的输入来源于OS自带的所有环境变量

• 内存调用：

• 查看envp内容：

  1. 代码：envp[]最后也是一个NULL
     
  2. 输出：其实就是PATH等等环境变量的内容
     

系统调用接口获取环境变量：

• 函数：

  #include 
  char* getenv(const char *name);					//通过名称获取环境变量
  char* secure_getenv(const char *namr);			//通过名称获取环境变量
  

• 实例：
  

• 输出：
  

进程地址空间

• 研究背景：
  kernel 2.6.32
  32位平台

进程地址空间布局：

• 每个进程创建后，真实内存都给予他一个虚拟内存空间，便于进程创建变量/保存数据/进行计算

• 这块固定大小的虚拟内存空间叫做进程地址空间，其组成布局如下：
  

• linux中查看进程地址空间布局：

  1. 代码：
     
  2. 输出：从正文代码地址到栈变量地址到环境变量地址，地址应该是从低到高的
     

虚拟地址：

• 为了便于进程内部支配变量和数据，进程中所有地址都是虚拟地址，不是内存条上的真实地址
• &变量：取出的是虚拟地址

int a = 10;
printf("%p", &a);			//&a是变量a在该进程中的地址，不是在内存条中的

• 页表：记录虚拟地址到真实内存条地址的映射关系

父子进程地址空间：

• 不同进程之间为了保证运行的独立性，一般来说各自的虚拟进程地址空间布局使用情况不同

  但是父子进程之间，子进程会直接使用父进程的代码和数据

  为了保证父子进程之间仍保持独立性，当子进程对父进程的代码或者数据做出更改后

  该数据或者程序会被单独拷贝出来一份供子进程使用，同时子进程的虚拟地址在页表中对应的实际地址发生改变

• 图解父子进程的虚拟地址：
  

• 为什么子进程不直接拷贝父进程的所有程序和数据？

  当子进程只读不写时，还要为子进程单独创立一套数据就属于浪费空间

• 举例说明父子进程存在数据不同时，同一虚拟地址对应页表中真实地址不同：

  1. 代码：
     
  2. 输出：
     
  3. 解释：

     1. 父子进程一开始共享父进程的程序和数据，包括g_val变量

        也就是父子进程此时页表的虚拟地址和真实地址对应关系同

     2. 子进程修改父进程程序中g_val数据后

        内存中为子进程新建一个g_val变量，值为200

        同时修改子进程页表，将原本g_val虚拟地址对应的真实地址改为新建的变量地址

     3. 最终父子进程中对于g_val的虚拟地址相同

        但是页表中映射的真实地址不同

     4. printf(“%p\n”, &g_val);取出来的是进程的虚拟地址