操作系统系列（二）——进程

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• 操作系统系列一 —— 操作系统概述

本期主题：
操作系统进程

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1.异常

1.前言——异常控制流是什么？

从处理器上电开始，开始运行指令，指令的运行序列被称为处理器的控制流（flow of control），现代操作系统通过使控制流发生突变来面对一些异常的情况，这些就被称为异常控制流（Exceptional Control Flow,ECF）

2.异常的处理过程

异常是我们前面提到的异常控制流中的一种，它的处理过程是：
当处理器检测到有事情发生时，就会通过异常表，跳到一个专门用来设计处理这些异常的程序中，称为异常处理程序（exception handler）

3.异常的分类

异常可以做如下分类：

类别	原因	异步/同步	返回行为
中断	来自设备的I/O信号	异步	返回到下一条指令继续执行
陷阱（也不知道为啥叫这么奇怪的名字）	系统调用，有意的异常	同步	返回到下一条指令继续执行
故障	潜在的可恢复的错误	同步	可能返回到当前指令重新执行，也可能直接终止
终止	不可恢复的错误	同步	不会返回，直接终止

4.异常和进程的关系

正是有了异常这种可以打断处理器的操作，才有了进程的诞生。因为进程有两个关键意义：

• 一个独立的逻辑控制流，看起来能够让程序独占处理器；
• 一个私有的地址空间，看起来让程序独占使用内存系统；

2.进程

1.进程的概念

一个执行中程序的实例就是进程。

2.进程所做的事情（意义）

前面已经说到，进程有两个关键意义：独立和逻辑控制流和私有的地址空间，那它是怎么做到这些事情的呢？

1.逻辑控制流

即使在系统中运行了许多程序，进程会向每个进程提供一个假象，就是它正在独占使用处理器，以一个运行着三个进程的系统为例：
在这个例子中，三个逻辑流的执行是交错的，先运行了一会进程A，然后运行进程B到完成，然后运行了一会C，然后A进程又开始运行了…
关键点在于他们是轮流使用处理器的，没在运行的时候进程就被暂时的挂起。

2.私有地址空间

系统中的每个进程都有自己的私有地址空间，排布如下：

以32位操作系统为例，从0xc000000000到0xFFFFFFFF共1G的大小是内核地址空间（后面再探讨内核地址空间，先重点关注用户地址空间），余下的低地址3G空间则是用户地址空间。
各个段的部分的介绍：

• Code VMA: 即程序的代码段，CPU执行的机器指令部分。通常，这一段是可以共享的，即多线程共享进程的代码段。并且，此段是只读的，不能修改。
• Data VMA: 即程序的数据段，包含ELF文件在中的data段和bss段。
• 堆和栈: 这两个大家都十分熟悉了，new或者malloc分配的空间在堆上，需要程序猿维护，若没有主动释放堆上的空间，进程运行结束后会被释放。栈上的是函数栈临时的变量，还有程序的局部变量，自动释放。
• 共享库和mmap内容映射区：位于栈和堆之间，例如程序使用的printf，函数共享库printf.o固定在某个物理内存位置上，让许多进程映射共享。mmap是一个系统函数，可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存，这样文件中的位置直接就有对应的内存地址。
• 命令行参数: 程序的命令行参数
• 环境变量：类似于Linux下的PATH，HOME等环境变量，子进程会继承父进程的环境变量。

3.linux中的进程怎么管理

1.常用的linux指令

ps指令查询进程的状态

gary@ubuntu:~/workspaces/blog/thread$ man ps

PS(1)                                                                           User Commands                                                                          PS(1)

NAME
       ps - report a snapshot of the current processes.

SYNOPSIS
       ps [options]

DESCRIPTION
       ps displays information about a selection of the active processes.  If you want a repetitive update of the selection and the displayed information, use top(1)
       instead.

2.linux下的API