💻文章目录
- 📄前言
- 计算机的结构体系与概念
- 冯诺依曼体系结构
- 操作系统
- 概念
- 目的与定位
- 进程
- 概念
- 描述进程-PCB
- task_struct
- 检查进程
- 利用fork创建子进程
- 进程状态
- 进程状态查看
- 僵尸进程
- 孤儿进程
- 📓总结
📄前言
作为一名程序员,我们天天都在与代码打交道,但你是否有了解过我们的程序是如何在操作系统中运行与调度的呢?如果你对进程与计算机不甚了解,那么本文将带领你走向操作系统进程的第一步。
计算机的结构体系与概念
在了解进程的相关知识前,我们需要先了解以下计算机的组成体系及其概念。
冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系结构是一种计算机的组成方案,因为使用其体系构造的计算机性价比很高,所以我们日常生活中使用的计算机,如笔记本、服务器等大部分都遵守着冯诺依曼体系结构。
冯诺依曼体系结构规定了计算机由五个部分组成,控制器、运算器、储存器、输入设备、输出设备。
注意:
- 这里的储存器指的是内存
- 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(输入或射出设备)要输入或输出数据,只能写入内存或从内存中读取
- 总的来说,所有设备都只能直接和内存打交道
操作系统
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,操作系统包含:
- 内核(进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理)
- 其他程序(函数库、shell程序等)
目的与定位
操作系统是纯正用于管理的软件,操作系统与硬件交互,管理所有的软硬件资源。
进程
概念
如果你没有学习过系统知识,可能会以为进程就是把二进制程序拷贝执行而已,但其实进程指的是PCB(process control block)+ 可执行程序
描述进程-PCB
PCB又名进程控制块,这是一个进程属性的集合体,用于描述进程,在linux内核是一种链式结构(task_struct),它会被装载到内存中。
task_struct
在Linux里面描述进程的结构体就叫做task_struct,其内容分为:
- 标志符:描述本进程的唯一标识符,用于区别其他进程 。
- 状态:任务装提、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「Ip指针」
- 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:可能包括处理器总和,使用的时钟数总和,时间限制,记帐号等。
- 其他信息。
检查进程
进程的信息可以通过linux目录中的/proc文件夹来查看
或者你也可以用top / ps 等指令工具来获取
利用fork创建子进程
在Linux平台下,C语言可以用fork函数来创建子进程,一般通过fork的返回值来进行分流,父子进程代码共享,变量数据等使用写实拷贝,当数据没被修改时,数据共用。
#include <stdli.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main() {//fork如果创建子进程成功则返回0,失败返回-1。pid_t id = fork(); if(id == 0){printf("我是子进程\n");}else{printf("我是父进程\n");}return 0;
}
进程状态
在Linux中进程拥有多种状态,一个进程可以有多个状态。让我们来看看Linux内核里面对进程状态的定义吧。
/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};
- R 运行状态:说明进程要么在运行,要么在运行队列里。
- S 睡眠状态:说明进程在等待事件完成。
- D 磁盘休眠状态:又名不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep),在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
- T 停止状态:通过发送 SIGSTOP 信号来给进程停止,这个被停止的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
- X 死亡状态:这个状态只是一个返回状态,你不会在任务列表看到这个状态。
进程状态查看
我们可以通过top指令或ps指令来检查进程
僵尸进程
僵尸进程是一种比较特殊的状态,当子进程退出,而父进程没有读取到子进程的返回码时就会产生僵尸进程。因为僵尸进程还没被系统清理其开辟的空间,所以僵尸进程还会导致内存泄漏。
C语言创建僵尸进程:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t id = fork();if(!id){ //C语言可以通过getpid指令来获取进程的idprintf("child[%d] is return....\n", getpid());sleep(2);exit(EXIT_SUCCESS);}else {printf("parent[%d] is sleeping...\n",getpid());sleep(10);}return 0;
}
孤儿进程
孤儿进程和僵尸进程恰好相反,如果父进程先退出,子进程继续运行,那么子进程就会成为孤儿进程。成为孤儿进程后,就被交给pid为1的进程管理,也就是系统。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t id = fork();int i = 0;if (id == 0){ //childwhile(i++ < 10){printf("[%d] : child_pid[%d] : parent_pid[%d]\n", getpid(), getppid());sleep(1);} }else{ //parentprintf("parent[%d], is exit\n", getpid());exit(0);}return 0;
}
📓总结
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