【Linux】进程---概念---进程---优先级

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目录

1.操作系统(Operator System)

1.1 概念

1.2 设计OS的目的 

1.3 定位 

1.4 如何理解 "管理" 

1.5 总结

1.6 系统调用和库函数概念

2.进程概念

2.1 基本概念

2.2 描述进程-PCB 

2.2.1 task_struct-PCB的一种 

2.2.2 task_ struct内容分类

2.2.3 tast_struct的属性 

1.启动

PID

PPID

2.终止

3.创建进程

fork

为什么要创建子进程

创建多个子进程

2.3 组织进程 

2.4 查看进程 

3.进程状态

3.1 Linux内核源代码

3.2 进程状态查看

3.3 Z(zombie)-僵尸进程

3.4 僵尸进程危害

3.5 孤儿进程 

4.进程优先级 

4.1 基本概念

4.2 查看系统进程 

4.2.1 PRI and NI

4.2.2 PRI vs NI 

4.3 查看进程优先级的命令-top命令

4.4 其他概念


1.操作系统(Operator System)

1.1 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)

1.2 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

1.3 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

1.4 如何理解 "管理" 

  • 管理的例子
  • 描述被管理对象
  • 组织被管理对象

1.5 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

1.6 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

2.进程概念

2.1 基本概念

  •  课本概念: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(CPU时间,内存)的实体 

2.2 描述进程-PCB 

  • 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中,可以理解为进程属性的集合。
  • 课本上称之为PCB(process control block),Linux操作系统下的PCB是: task_struct
  • 一个进程一定要有一个PCB

2.2.1 task_struct-PCB的一种 

  • 在Linux中描述进程的结构体叫做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

2.2.2 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

2.2.3 tast_struct的属性 

1.启动
  • ./XXXX 本质就是让系统创建进程并运行 --- 我们自己写的代码形成的可执行 == 系统命令 == 可执行文件(在Linux中运行的大部分执行操作,本质都是运行进程)
ps axj 命令

ps和grep本身也是命令,启动也是一个进程

可以用head命令只显示头部信息

如果我们同时想看到头部信息和进程信息,我们可以用&&,这样就都可以显示出来了

PID
  • 每一个进程都要有自己的唯一标识符,叫做进程PID 
  • 一个进程,想知道自己的PID,可以用系统调用getpid

如何证明呢?

PPID

 getppid --- 获得当前进程的父进程id

每次启动的PID不一样是正常的,但是PPID是相同的

我们grep一下这个PPID

对应Windows就是我们的任务管理器

在Windows中双击就启动进程了,Linux中./就启动进程了

2.终止

在Windows中可以通过×关闭进程,在Linux中可以通过ctrl+c关闭,也可以通过kill杀死进程

3.创建进程

进程创建的代码方式 --- 重(zhong)操作、轻原理

创建进程就是操作系统中多了一个进程,多了一个进程就是多了一个PCB和对应的代码数据

fork

我们可以写一个监控脚本,让进程管理器每一秒刷新一次

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep myprocess;sleep 1;done

如何证明呢,getpid和getppid都只能调用该进程的pid和ppid

为什么要创建子进程

想让子进程执行和父进程不一样的代码

fork会返回两个返回值

kill掉任何一个进程都不会影响另一个进程,只不过kill掉父进程,子进程会到后台运行

创建多个子进程

2.3 组织进程 

  • 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

2.4 查看进程 

  • 进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

 

进程中的PCB会记录自己对应的可执行程序的路径

cwd:current work dir    进程的当前工作路径

我们将这个可执行程序删除

但是进程还在运行,原因是我们删除的只是磁盘上的文件,但是一个程序在被调用的时候会先在内存里存一份,所以删除磁盘上的文件,不影响内存

3.进程状态

3.1 Linux内核源代码

为了弄明白正在运行的进程是什么意思,我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态(在Linux内核里,进程有时候也叫做任务)。

下面的状态在kernel源代码里定义:

/*
* 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(running): 并不意味着进程一定在运行中,它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里
  • S睡眠状态(sleeping): 意味着进程在等待事件完成(这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠(interruptible sleep))
  • D磁盘休眠状态(Disk sleep)有时候也叫不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep),在这个状态的进程通常会等待IO的结束
  • T停止状态(stopped): 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止(T)进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行
  • X死亡状态(dead):这个状态只是一个返回状态,你不会在任务列表里看到这个状态

3.2 进程状态查看

ps aux / ps axj 命令

休眠状态---进程在等待资源就绪

kill -19 暂停

kill -18 继续

T是比较纯粹的暂停,t是由于被追踪而暂停下来

3.3 Z(zombie)-僵尸进程

  • 僵死状态(Zombies)是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程(使用wait()系统调用没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
  • 僵死进程会以终止状态保持在进程表中,并且会一直在等待父进程读取退出状态代码
  • 所以,只要子进程退出,父进程还在运行,但父进程没有读取子进程状态,子进程进入Z状态

来一个创建维持30秒的僵死进程例子 :

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id > 0){  //parentprintf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());sleep(30);}else{printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());sleep(5);exit(EXIT_SUCCESS);}return 0;
}

3.4 僵尸进程危害

  • 进程的退出状态必须被维持下去,因为他要告诉关心它的进程(父进程),你交给我的任务,我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取,那子进程就一直处于Z状态?是的!
  • 维护退出状态本身就是要用数据维护,也属于进程基本信息,所以保存在task_struct(PCB)中,换句话说,Z状态一直不退出,PCB一直都要维护?是的!
  • 那一个父进程创建了很多子进程,就是不回收,是不是就会造成内存资源的浪费?是的!因为数据结构对象本身就要占用内存,想想C中定义一个结构体变量(对象),是要在内存的某个位置进行开辟空间
  • 内存泄漏?是的!

3.5 孤儿进程 

  • 父进程如果提前退出,那么子进程后退出,进入Z之后,那该如何处理呢?
  • 父进程先退出,子进程就称之为“孤儿进程”
  • 孤儿进程被1号init进程领养,当然要有init进程回收喽
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){   //childprintf("I am child, pid : %d\n", getpid());sleep(10);}else{//parentprintf("I am parent, pid: %d\n", getpid());sleep(3);exit(0);}return 0;
}

4.进程优先级 

4.1 基本概念

  • cpu资源分配的先后顺序,就是指进程的优先权(priority)
  • 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用,可以改善系统性能
  • 还可以把进程运行到指定的CPU上,这样一来,把不重要的进程安排到某个CPU,可以大大改善系统整体性能

4.2 查看系统进程 

在linux或者unix系统中,用ps –l命令则会类似输出以下几个内容:

我们很容易注意到其中的几个重要信息:

  • UID : 代表执行者的身份
  • PID : 代表这个进程的代号
  • PPID :代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的,亦即父进程的代号
  • PRI :代表这个进程可被执行的优先级,其值越小越早被执行
  • NI :代表这个进程的nice值

4.2.1 PRI and NI

  • PRI也还是比较好理解的,即进程的优先级,或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序,此值越小,进程的优先级别越高
  • 那NI呢?就是我们所要说的nice值了,其表示进程可被执行的优先级的修正数值
  • PRI值越小越快被执行,那么加入nice值后,将会使得PRI变为:PRI(new)=PRI(old)+nice
  • 这样,当nice值为负值的时候,那么该程序将会优先级值将变小,即其优先级会变高,则其越快被执行
  • 所以,调整进程优先级,在Linux下,就是调整进程nice值
  • nice其取值范围是-20至19,一共40个级别

4.2.2 PRI vs NI 

  • 需要强调一点的是,进程的nice值不是进程的优先级,他们不是一个概念,但是进程nice值会影响到进程的优先级变化
  • 可以理解nice值是进程优先级的修正数据

4.3 查看进程优先级的命令-top命令

top命令更改已存在进程的nice:

  • top
  • 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

 调成100,数值越大,优先级越低

nice值并不能任意调整,是有范围的 [-20,19],每次调整优先级都是从80开始

4.4 其他概念

  • 竞争性: 系统进程数目众多,而CPU资源只有少量,甚至1个,所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务,更合理竞争相关资源,便具有了优先级
  • 独立性: 多进程运行,需要独享各种资源,多进程运行期间互不干扰
  • 并行: 多个进程在多个CPU下分别,同时进行运行,这称之为并行
  • 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式,在一段时间之内,让多个进程都得以推进,称之为并发

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