Linux——进程概念(上)

本文深入探讨冯诺依曼体系结构,阐述操作系统的作用和设计目标,重点讲解进程管理,包括PCB、进程状态、系统调用、僵尸进程和孤儿进程。此外,还介绍了进程优先级的概念以及如何查看和调整。通过对Linux操作系统的实例分析,读者将更好地理解操作系统如何管理和协调系统资源。

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1. 冯诺依曼体系结构

在这里插入图片描述

截至目前,我们所认识的计算机,都是有一个个的硬件组件组成

  • 输入单元(设备):包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板,磁盘,摄像头,话筒,网卡等
  • 中央处理器(CPU):含有运算器(算术运算,逻辑运算)和控制器(CPU是可以响应外部事件的,协调外部就绪事件,例如拷贝数据到内存)等
  • 输出单元(设备):显示器,打印机,音响,磁盘,网卡等
     
     

关于冯诺依曼,必须强调几点:

  • 这里的存储器指的是内存
  • 不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)
  • 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。
  • 一句话,所有设备都只能直接和内存打交道
     
  1. CPU读取数据(数据+代码)都是要从内存中读取的。站在数据的角度,我们认为CPU不和外设直接交互
  2. CPU要处理数据,需要先将外设中的数据加载到内存。站在数据的角度,外设直接和内存打交道

 
 

2. 操作系统(Operator System)

2.1 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)

 

2.2 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

2.3 如何理解 “管理”

管理是对被管理对象的数据管理
管理理念:先描述,再组织
例如:先对被管理对象进行描述,再根据描述类型,定义对象,可以把对象组织成数组——>对学生的管理工作就变成了对数组的增删查改
Linux内核是用C语言写的struct
OS:内部,一定存在大量的数据结构和算法

2.4 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

 

2.5 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。

 
 

3. 进程

我们自己启动一个软件,本质其实就是启动了一个进程
在linux下,运行一条命令,其实就是在系统层面创建了一个进程
linux是可以同时加载多个程序的,linux是肯同时存在大量的进程在系统中(OS,内存)所以必须管理进程

先描述,再组织
进程 = 对应的代码和数据 + 进程对应的PCB结构体

3.1 描述进程-PCB

PCB process control block
本质是一个结构体struct
不同的操作系统中,PCB的名字不一样
Linux:struct task_struct

.exe可执行程序其实本质就是文件:代码+数据

人认识世界,是通过属性来认识的
属性也是数据
文件 = 内容+属性

PCB包含了所有进程属性(struct)
对进程的管理,变成了对进程PCB结构图链表的增删查改
PCB是新增的

3.2 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

3.3 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。

 

3.4 查看进程

ps
ps axj
ps axj | greap ‘myproc’
ps axj | head -1 && ps axj | greap ‘myproc’

top

ls /proc 里面的文件是动态的
在这里插入图片描述
cwd是当前进程的工作目录,一般都是默认打开当前路径

 
 

3.5 杀掉进程

kill -9 id

 
 

4. 通过系统调用获取进程标示符

  • 进程id(PID)
  • 父进程id(PPID)永远都是bash
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   
   
        while(1)
        {
   
   
                pid_t id = getpid();//获取的是自己的进程PID
               
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