Linux进程的学习的笔记

进程的概念

 进程是一个可并发执行的程序在一个数据集上的一次运行。简单来说，进程就是程序的一次运行程序。

程序与进程的概念既是相互关联又相互区别。程序是进程的一个组成部分，是进程的执行文本。而进程是程序的执行过程。程序和进程有以下的关系：

• 一个进程可以顺序执行多个程序。
• 一个程序可以对应多个进程。

进程的特性

 进程具有以下的几个特性：

• 动态性：进程由“创建”而产生，由“撤销”而消亡，因“调度”而运行，因“等待”而停顿。
• 并发性：在同一个时间内有多个进程在系统中活动。它们宏观上是并发运行的，而微观上是在交替 运行的。
• 独立性：进程是可以独立运行的基本单位，是由操作系统分配资源和调度管理的基本对象。因此，每个进程都独立地拥有各种必要的资源，独立地占有cpu。
• 异步性：每个进程都是独立地执行，各自按照不可预知的速度向前推进。进程间的协调运行由操作系统负责。

进程的运行状态

 进程有3个基本的状态：

• 就绪态：进程已经分配到了除cpu之外的所有资源，这时的进程状态称为就绪状态。处于就绪状态的进程，一旦获得cpu便可立即执行。系统中通常会有多个进程处于就绪状态，它们排成一个就绪队列。
• 运行态：进程已经获得cpu，正在运行，这时的进程状态称为运行态。在单cpu系统中，任何时刻只能有一个进程处于运行态。
• 等待态：进程因某种资源不能满足，或希望的某事件尚未发生而暂停执行时，则称它处于等待态。系统中常常会有多个进程处于等待态，它们安按等待的事件分类，排成多个等待队列。

进程的基本状态

 进程状态转换状态图：

image.png

引起状态转换的原因如下：
（1）运行态 →等待态：正在执行的进程因为等待某件事而无法执行下去,例如,进程申请某种资源,而资源恰好被其他进程占用,则该进程将交出cpu，进入等待状态。
（2）等待态→就绪态：处于等待状态的进程，当其申请的资源得到满足，则系统将分配资源给它，并将其状态变为就绪态。
（3）运行态→就绪态：正在执行的进程的时间片用完了，或者有更高优先级的进程到来，系统会暂停该进程的运行，使其进入就绪态，然后调度其他进程运行。
（4）就绪态→运行态：处于就绪状态的进程，当进程调度程序选中后，即进入cpu运行。此时该进程的状态变为运行态。

Linux系统中的进程

Linux进程的状态：

 Linux系统的进程状态与上面说的进程转态会有一点区别，下面我们来看一下Linux系统的进程转态：
 Linux系统中的有5中基本状态：运行，就绪，可中断睡眠，不可中断睡眠，暂停和僵死。状态转换图如下：

image.png

 (1)可执行态：可执行态实际包含了上述基本状态的运行和就绪两种状态。处于可执行态的线程均已具备运行条件。它们或在运行，或准备运行。
 (2)睡眠态：即等待态。进程在等待某个时间或某个资源。睡眠态又细分为可中断的和不可中断两种。它们的区别在于，在睡眠过程中，不可中断状态的进程会忽略信号，而处于可中断状态的进程如果收到信号会被唤醒而进入可执行状态，待处理完信号后再次进入睡眠状态。
 (3)暂停态：处于暂停态的进程是由运行态转换而来，等待某种特殊处理，当进程收到一个暂停信号时则进入暂停态，等待恢复运行的信号。
 (4)僵死态：进程运行结束或因某些原因被终止时，它将释放除PCB外的所有资源。这种占有PCB但已经无法运行的进程就处于僵死态。

查看进程消息

 查看进程命令是ps命令：

格式 ps [选项]
-e 显示所有进程
-t tty 显示终端tty上的进程
-f 以全格式显示
-o 以用户定义的格式显示
a 显示所有终端上的所有进程。
u 以面向用户的格式显示
x 显示所有不控制终端的进程
-C cmd 显示命令名为cmd的进程。
n 显示PID为n的进程。

Linux进程间的通信

• （1) 管道及有名管道：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道客服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所有具有的功能外，它还允许无系的进程间的通信。
• （2）信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction。
• (3)报文(Message)队列(消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读取队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
• (4)共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，达到进程间的同步以及互斥。
• (5）信号量：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
• (6) 套接字：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但是现在一般可以移植到其他的Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

进程间的通信详情可参考Linux进程间通信

进程空间划分

一个进程空间分为用户空间和内核空间，Linux操作系统和驱动程序运行在内核空间，应用程序运行在用户空间。

内核空间和用户空间的区别

• 进程之间的用户空间的数据是不可共享的，所以用户空间=不可共享空间
• 进程之间的内核空间的数据是可共享的，所以内核空间=共享空间。

 进程内用户空间和内核空间进行交互需要通过系统的调用：主要通过以下两个函数：

1.copy_from_user()：将用户空间的数据拷贝到内核空间。
2.copy_to_user():将内核空间的数据拷贝到用户空间。

示意图：

image.png