操作系统——进程(1)

认识操作系统

任何计算机都包含一个基本的程序集合，称为操作系统。
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

操作系统是一个单纯负责管理的软件

一般来说，管理者与被管理对象不直接沟通，管理者通过信息管理被管理对象。
管理方法：先将管理对象描述起来，然后在将管理对象组织起来

进程

进程概念：程序的一个执行实例。
从内核角度看： 进程是担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

进程与程序的区别：
程序：硬件上的一个文件
程序：将程序运行加载到内存上，且操作系统分配了PCB

PCB

进程控制块（process control block），放置进程信息的数据结构，可以理解为进程属性的集合。Linux下的PCB是task_struct。

操作系统 通过管理PCB来管理进程

task_struct

Linux内核通过一个被称为进程描述符的task_struct结构体来管理进程，这个结构体被装载到RAM（内存）里并且包含了一个进程所需要的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中，task_struct结构体，可以说是Linux内核源码中最复杂的一个结构体，成员非常多，占用内存也很大。

task_struct内容分类

• 标识符：描述进程的唯一标识符，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
  [程序计数器也叫作 PC指针，是CPU内部的一个寄存器，它内部存储的是当前正在执行指令的下一条指令的地址，引导CPU执行下一条指令（CPU在周而复始的读取指令，分析指令，执行指令）]
• 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（体现进程调度）
• 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：包括处理器时间总和，使用时间总和，时间限制，记账号等。
• 其他信息

并发与并行

• 在一个CPU下，同一时间段内，多个进程通过切换让多个进程得以推进，叫做并发
• 多CPU下，多个进程任何时刻同时推进，叫做并行

所有运行在系统中的进程都以task_struct链表的形式存在内核里

查看进程：

1.进程可以通过/proc系统文件夹查看

2.大多数进程信息也可以通过top和ps这些用户级工具来获取。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    while(1){
    printf("I am process!\n")
    sleep(1);
    }
    return 0;
}

(进程在分配PID的时候，理论上在短期内是不会变化的，但是不代表永远不重复)

通过系统调用获取进程标识符

• 进程id(PID)
• 父进程id(PPID)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   printf("pid: %d\n",getpid());
   printf("ppid:%d\n",getppid());
   return 0;
 }

通过系统调用创建进程

关于fork(用man fork命令查看)
作用：创建一个子进程

fork有两个返回值

执行以下代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   fork();
   printf("i am process  pid: %d\n",getpid());
   return 0;
 }

fork()之后，执行流由一个变成了两个

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   int ret=fork();
   printf("i am process  pid: %d  ppid:%d  ret:  %d\n",getpid(), getppid(), ret);
   return 0;
 }

由运行结果可知：fork的两个返回值，给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0，因为父进程对子进程是一对多的

fork()之后，父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）

fork()之后通常要用if分流

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   int ret=fork();
   if（ret<0）
   {
       perror("fork");
       return 1;
    }
    else if(ret==0)
    {
          printf("i am child   pid: %d    ret: %d\n",getpid(),ret);
    } 
    else{
          printf("i am father  pid: %d   ret:%d \n",getpid(),ret);
   }
   sleep(1);
   return 0;
   }

父子进程的运行先后是不确定的，这由操作系统决定