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进程

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序，操作系统进行资源分配和调度的基本单位等
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

linux下，我们使用的命令，如ls等，运行起来就是一个进程。可以说，学习操作系统，首先就要学习进程。

PCB

对于进程，操作系统必要管理它。如何管理？将进程的信息封装为PCB（process control block），通过管理进程的PCB来管理进程。简单来说，PCB是进程属性的集合。

linux查看进程

linux下的进程信息存储在/proc目录下

大多数的进程信息也可以通过ps和top等用户级工具来获取

ps命令用于显示当前正在运行的进程信息
a: 显示所有用户的进程。通常情况下，ps命令仅显示与当前终端关联的进程，但使用-a选项可以显示所有用户的进程。
j: 使用BSD风格的输出格式。这种格式下，ps命令会以进程状态、作业控制信息等形式显示进程信息。
x: 显示与终端无关的进程。通常情况下，ps命令仅显示与当前终端关联的进程，但使用-x选项可以显示与当前终端无关的进程。

top命令用于动态显示系统中运行的进程的相关信息，包括进程的CPU利用率、内存利用率、进程ID等

进程属性

task_struct结构体

在linux操作系统下的PCB：task_struct（结构体）

task_struct的内容分类：

1. 标识符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
2. 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
3. 优先级: 相对于其他进程的优先级。
4. 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
5. 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
6. 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]。
7. 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。
8. 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。
9. ……

重点介绍 标识符，状态，优先级

一、进程标识符

进程标识符,即PID:描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。

这里PPID – parent PID， 即该进程的父进程的PID.

linux也提供了系统接口来获取进程的PID

返回值类型pid_t， 本质是整型

父子进程

fork()函数是Linux系统中用于创建新进程的一个系统调用。它的作用是创建一个与当前进程几乎完全相同的子进程，这个子进程有着与父进程相同的代码、数据和上下文，但是有着独立的内存空间。

看下方代码：当代码执行到fork()时，进程会生成一个子进程，父子进程共享fork之后的代码，在子进程中ifork返回0,即下方的id = 0, 在父进程中，fork返回子进程的pid, 即下方id = 19786 ，通过之后的if–else语句就可以使父子进程执行不同的代码。如果fork创建子进程失败则会返回-1

二、进程状态

在操作系统理论中，进程一般有3种基本状态：运行、就绪和阻塞。

但上面的只是操作系统理论，实际的操作系统下的进程状态更复杂。

以linux为例，解释一下：运行，阻塞，挂起

在计算机操作系统中，进程可能会由于各种原因而进入阻塞挂起状态，其中包括等待输入/输出（I/O）操作完成、等待系统资源分配、等待进程间通信等。

实际上的linux对进程状态的定义：

R即运行状态，S即阻塞状态，这都好理解，但有3个状态很奇怪：D、T、Z

插一个小知识：我们使用ps命令查看进程会发现有些进程的状态会带个+号，如R+
这里的 +表示该进程是在前台运行

如果在运行时加上&，可以让程序变为后台运行。此时如果想终止进程则需要kill -9 PID

磁盘睡眠 – D

进程的磁盘睡眠状态（Disk Sleep State）通常是指进程处于等待磁盘I/O操作完成的状态。这种状态通常出现在进程请求进行磁盘读取或写入操作时，但磁盘尚未完成相应的I/O操作，因此进程被阻塞，等待磁盘响应。在这种状态下，进程不会消耗CPU时间，而是被挂起，直到磁盘I/O操作完成。是阻塞挂起状态的一种形式

处于磁盘睡眠的进程，不响应操作系统的请求，直到进程完成它的I/O操作。

要想看到磁盘睡眠，需要进行高I/O操作，不容易演示。可以使用dd命令来进行，由于dd命令的操作非常强大，但同时也非常底层，因此在使用时需要特别小心，避免造成意外的数据损坏或丢失。

暂停和跟踪暂停 – T和t

Linux操作系统的有个信号kill -19， 可以使进程暂停。T状态即进程处于暂停状态。注意不要于S状态混淆，S状态一定是进程在等待某种资源，但T状态不一定在等待某种资源。
那T和t有什么区别呢？

Stopped（停止）状态：
进程处于停止状态通常是由于接收到了一个信号，例如SIGSTOP（Ctrl-Z产生的SIGTSTP信号）或者SIGTSTP（通常由shell的暂停命令引发）。这种状态下的进程被挂起，暂时停止执行，但可以通过发送SIGCONT信号来恢复执行。

Tracing Stop（跟踪停止）状态：
进程处于跟踪停止状态通常是由于调试器（如GDB）或者ptrace系统调用的作用。在这种状态下，进程被调试器所追踪，通常是因为调试器在进行单步执行、观察或者修改进程的内存等操作。这种状态下的进程暂时停止执行，直到调试器允许其继续执行。

一般认为T和t没什么区别。

僵尸进程 – Z

当一个进程（子进程）完成执行后，它的退出状态需要被父进程获取。如果父进程没有主动获取子进程的退出状态，那么子进程就会变成僵尸进程，相当于一个人处于生死之间。

下方代码实现：父进程一直运行，子进程执行3次后结束

结果如下：子进程的状态由S+ --> Z+， Z即处于僵尸状态

僵尸进程虽然不会直接对系统造成严重影响，但长时间存在的僵尸进程会对系统的正常运行产生一些间接的危害，包括：可能导致资源耗尽，影响进程管理，降低系统稳定性。因此需要父进程处理僵尸进程。
父进程通常需要调用类似于wait()或waitpid()的系统调用来等待子进程的退出，并获取其退出状态。

当然如果父进程也结束，系统会自动把子进程释放。

孤儿进程

僵尸进程是子进程结束，但父进程未结束。如何父进程先结束，子进程后结束呢？那么子进程便会变为孤儿进程，并被托孤给1号进程，即操作系统。

三、进程优先级

PRI（Priority）：PRI 表示进程的静态优先级或调度优先级。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。
NI（Nice Value）：NI 表示进程的 Nice 值，是一个表示进程调度优先级的数值。它的作用是改变PRI的值。

通过PRI和NI可以调整进程的优先级，计算公式如下：

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

注意：nice 的范围在 【-20， 19】
PRI(old) 最小是80，如果原来的PRI < 80， 则会直接从80开始算：
因此：PRI 范围【60， 99】，但在计算新的PRI时，最小从80开始
举例：原来 ： PRI = 60 NI = 0;
更改：令PRI = 100
结果：PRI = 99 NI = 19

那如何更改nice值呢？

在Linux系统中，nice命令用于启动一个新的进程，并设置其优先级。而renice命令用于修改已经运行的进程的优先级。

nice命令的使用：

nice [OPTION] [COMMAND [ARG]...]

nice命令通过改变进程的优先级来影响其调度。数值越大，优先级越低。默认情况下，优先级是0。

例如，运行一个命令并设置其优先级：

nice -n <优先级> <命令>

例如，将ls命令的优先级降低为10：

nice -n 10 ls

renice命令的使用：

renice [优先级] -p <进程ID> [<进程ID>...]

renice命令用于修改已经运行的进程的优先级。可以指定一个或多个进程ID来修改它们的优先级。

例如，将进程ID为1234的进程的优先级设置为10：

renice 10 -p 1234

如果你想要提高某个进程的优先级，你需要具有足够的权限。通常，只有超级用户（root）才能提高进程的优先级，而普通用户只能降低自己创建的进程的优先级。