深入理解操作系统：进程、冯诺依曼架构与系统调用,-优快云博客

站在银行的角度来说银行是对所有人都是不信任的，只提供一个窗口来确保自己的安全。

所以在开发角度，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。

进程

基本概念

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

说人话：那就是你写的代码程序已经加载到内存中，就叫做进程。

如果你还是不理解可以看下面这个图

用windows操作系统图形化界面可以一目了然。

描述进程

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。

（ process control block）简称PCB，Linux 操作系统下的 PCB 是 : task_struct

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。

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

针对这个专门管理进程的结构体那么操作系统是怎么管理它的？

操作系统（os）内对进程的控制十分复杂，一个PCB可能链接到多个数据结构上。

这个PCB本身自己管理是链表在OS进程中又是队列这种结构。

结论：进程 = 可执行程序 + 内核数据结构（PCB)

查看进程

绿色方框的13976就是myproc这个进程的pid

在之前的命令加上它的pid就会出现一堆的你看不懂的我们重点看 cwd 和 exe

上图的 cwd 为什么叫当前进程工作目录？

一个代码在执行时首先是要编译的（bin）编译完成后运行 ->每个进程都会有一个属性，来保存自己所在的工作路径。

看懂上面的你就明白了为什么在Linux下运行一个我们自己写的代码前面为什么要加 ./ ./不就是当前路径吗？

杀死进程

kill -9 你的进程的PID

我的进程是13976

命令：kill -9 13976

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。感兴趣的家人们可以去Linux官网下载源代码看看

通过系统调用创建进程-fork初识

用vim编写上面这段代码然后运行就会发现一个诡异事情。

我cout打印为什么会有两次？

按照以前的认知来说只会执行一次。为什么会有两次？

调用fork这个函数创建一个子进程，那既然有了子进程那么就会有两个执行流，父子共享fork函数之后的代码，数据各自开辟一块空间

父子各执行一次所以就会打印两次。

调用fork一般都是用if else语句

进程状态

用一张图来看看进程的状态

看完上面的图是不是有点懵？下面我给大家化繁为简。

新建：字面意思一个进程被创建但是没有执行

运行：task_struct PCB 结构体在运行队列中排队，就叫做运行态。

阻塞：进程因为等待某种条件就绪，而导致的一种不推进的状态 -- 进程卡住了

挂起：当内存不足的时候，OS通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘，此时进程的状态就做挂起

阻塞挂起：进程正在等待某种资源恰好内存不足了

就绪：其实和新建一样的

就绪挂起：刚好被创建好内存不足了

终止：进程退出（死亡）

为什么会有阻塞这个状态？

想想我们的世界的资源是不是有限的？所以在OS中资源也是有限的（不仅仅是cpu）。

上图只是调度队列的一种，操作系统不止一种队列还其他硬件设备的调度队列所以会有阻塞

这时cpu发现1这个pcb读取时间太长 cpu就会把它放在磁盘的等待队列里

下面我们来看看

（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：‘

看下图

脚本命令 while :; do ps axj | grep 你的可执行程序名字| grep -v grep; sleep 1; echo "************************" ; done

或者 while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 你的可执行程序名字 | grep -v grep; sleep1;done

上面红色方块是S可是我的程序是运行的啊？为什么不是R?

那是因为我的程序有打印这段代码显示器是外设设备不要用你的感受去想象cpu的速度

当打印的字符要在显示器上显示时是需要等待显示器的资源的虽然这个速度很快但是和cpu相比还是很慢所以在等待队列里我们执行代码查看这个状态时就是S+ 把查看进程这个命令停下来你去翻肯定会有一个R

我现在要把它变成T状态。命令 kill -19 + pid

kill -18 +pid //继续

问题暂停和休眠有什么区别？

暂停就是单纯的暂停没有资源的等待休眠等待资源

暂停的例子：调式代码

总结：

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

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。