进程管理与冯诺依曼体系结构-优快云博客

在说进程之前，我们先来说说冯诺依曼体系结构。
像我们常见得计算机，或者不常见的计算机，如服务器等。都是遵循冯诺依曼体系结的。
下图为冯诺依曼体系结构：
在这里插入图片描述

对于冯诺依曼，要注意几点：
1.此处的存储器是指内存。
2.不考虑缓存对的情况，这里的CPU只能对内存进行读写，不能访问外设。
3.外设要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。

操作系统：
操作系统包括：
1.内核。如：内存管理，文件管理，进程管理。
2.其他程序。如：库，shell程序。
操作系统特点：
1.一款搞“管理”的软件。操作系统在内核中，描述被管理对象，组织被管理对象。
2.操作系统就是在管理计算机的软硬件资源。
3.用struct来描述被管理的资源，用双向链表来组织被管理的资源。

在看进程之前，我们应该知道，操作系统管理进程方式—先把进程描述起来，在把进程组织起来。

进程

概念：
课本观点：程序的一个执行实例。
内核观点：进程是操作系统分配资源的最小单位。

通过系统调用（fork）创建进程

int main()
{
	int ret=fork();
	if(ret<0)
	perror("fork");
	else if(re==0)
	{//子进程}
	else
	//父进程
}

1.fork函数返回值。
（1.）返回值大于0，说明是父进程，返回值为子进程的pid。
（2.）返回值等于0，说明是子进程。
（3.）返回值小于0，说明创建进程失败。
2.父子进程代码共享，是因为子进程通过写时拷贝来拷贝父进程的地址空间。

描述进程----PCB
概念：
1.用PCB（进程控制块）来描述进程，PCB里面放的是进程的信息。
2.在Linux系统下的PCB是task_struct，是描述进程的结构体。
3.task_struct是Linux内核的一种数据结构，其会被装载到内存中并且包含进程信息。
task_struct里内容的分类：
1.标识符
进程标识符—pid，也称之为进程号，当一个程序运行起来后，操作系统会在/proc目录下创建一个以pid命名的文件夹，保存进程的信息。并且进程号是唯一的。

如何在代码中获取进程pid？
获取子进程标识符：getpid();
获取父进程标识符：getppid();

2.状态
查看进程状态：ps aux
进程的状态。进程存在以下几种状态
R（running）：运行状态。并不代表着进程一定在运行中，它表明进程要么在运行中要么在运行队列中。
S（sleeping）：睡眠状态。表明进程在等待时间的完成。
T（stopped）：停止状态。通过发送SIGSTOP信号来停止这个进程。
X（dead）：死亡状态。只是一个返回状态。
Z：僵尸状态。当进程退出时，其父进程在占用CPU导致没有回收进程的资源（没有读取到子进程退出的返回代码），就会产生僵尸进程。总而言之，子进程退出，其父进程还在运行，导致父进程没有回收子进程的资源，子进程就会进入僵尸状态。
僵尸进程的危害：
a.造成内存泄漏。
孤儿进程：当父进程先退出，子进程退出后资源无法归还，此时子进程称为孤儿进程。这时1号进程将会回收（领养）孤儿进程，以免造成内存泄漏。

3.优先级
CPU资源分配的先后顺序，优先级高的进程有优先执行的权利。
查看系统进程：ps -l
在这里插入图片描述我们可以更改nice的值：
命令行输入top后，按r，随后输入进程的pid，最后输入nice值。

4.程序计数器
程序中即将被执行的吓一跳指令的地址。
5.内存指针
6.上下文数据
程序执行时，寄存器中的数据。
7.I/O状态信息
显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备，而被进程使用文件列表。
8.记账信息
CPU使用时间的总和。
并行：每一个进程在同一时间，都会占用一个CPU来进行运算。
并发：多个进程在使用同一个CPU的时候，通过操作系统调度，来决定哪个进程可以独占CPU一阵子。

程序地址空间：
先来看一段代码：

  1 #include<stdio.h>                                                                  
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 #include<unistd.h>
  5 int g_val=0;
  6 int main()
  7 {
  8     pid_t ret=fork();
  9     if(ret<0)
 10         perror("fork");
 11     else if(ret==0)//子进程
 12     {
 13         g_val=10;
 14         printf("child:[%d]:%d:%p\n",getpid(),g_val,&g_val);
 15     }
 16     else{//父进程
 17         sleep(2);
 18         printf("parent:[%d]:%d:%p\n",getpid(),g_val,&g_val); 
 19     }
 20     return 0;
 21 }

上述程序，子进程先运行完，修改变量。最后让父进程读取变量内容。按我们所学的知识来说，父子进程中变量值应该都被修改了。但是看结果：
在这里插入图片描述
之前我们知道子进程是将父进程的地址空间作为模板拷贝的，所以子进程与父进程中变量的地址和值一样是肯定的。但是通过结果，我们发现父子进程中变量地址确实一样，但是值却不同，父进程的值并没有修改，子进程的值修改了。得出以下结论：
1.由于父子进程中内容不同，说明二者绝对不是同一变量。
2.但地址是一样的，说明该地址绝对不是物理地址。在Linux中这种地址叫虚拟地址。所以子进程是拷贝了父进程的虚拟地址空间。
3.我们之前在C/C++所有看到的地址，都是虚拟地址。物理地址我们一般看不见。