Linux-进程概念

1. 进程基本概念

        书面概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等

        内核概念：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

2. 描述和组织进程-PCB

        PCB（process contral block），进程信息被放在一个叫进程信息控制块的数据结构里面，在Linux下，PCB是：task_strut

        每一个进程都会对应生成一个task_struc，操作系统通过这个结构体来管理进程。

        这些task_struc会以链表的形式存在内核中，操作系统通过增删查改这个链表来管理这些进程。

3. task_struc包含内容

• 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

3.1 标识符

        进程用PID（process id）来标识，可以通过三种方式来查看：

1. /proc 目录

ls /proc

所有进程都会放在这个目录下，还可以通过

ls -al /proc/(pid)

获得进程的详细信息

这里cwd就是表示可执行程序的当前工作目录

2. ps

ps axj

显示所有的进程

ps -axj | head -1 && ps -axj | grep myproc | grep -v grep

 查询单个进程

3. top

3.2 进程状态

进程状态（STAT）在系统层面可以大致分成以下几种：

• 新建：进程刚刚创建出来，代码和数据还没有加载到内存中
• 运行：进程被放到了，CPU的运行队列中
• 阻塞：等待非CPU资源就为，例如位于磁盘读取等待队列
• 挂起：在内存资源不足时，OS通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘（swap）来缓解内存不足

在Linux下，task_struc的进程状态可以分为下面几种：

• R（runing）
• S（sleeping）
• D（disk sleep）
• T（stopped）
• t （tarcing stop）
• X（dead）
• Z （zombie）

R运行状态：对应运行态

S睡眠状态：对应阻塞态，可中断睡眠

D磁盘休眠状态：进程不可以被中断，需要等待io完成，磁盘返回信息，结束休眠状态，不可中断睡眠

T停止状态：通过信号来暂停进程，例如（kill -19 pid），也可以通过信号来结束停止状态例如（kill -18 pid）

t调试状态：和暂停状态一样，是由调试暂停引起的进程暂停

X死亡状态：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

Z僵尸状态：当子进程退出，并且父进程没有读取到子进程退出的返回代码时，就会产生僵死(尸)进程

这个状态下，子进程的PCB会被保留下来

还有一种叫孤儿进程：父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”，孤儿进程会被1号init进程领养，结束时再被init进程回收

注意：

R+表示程序运行，在前台

./myproc&

就可以让程序在后台运行，状态就是R

3.3 优先级

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）

查看进程优先级：

ps -l

这里PRI就是priority的简写，NI是nice的简写

PRI值越小，优先级越高，越早被执行

nice值，表示进程可被执行的优先级的修正数值，可以通过修改nice来改变PRI

PRI（new）= PRI（old）+ NI

PRI（old）表示进程创建时的默认优先级。

NI值的取值范围【-20，19】

修改进程优先级：

top -> 'r' ->输入进程的PID -> 输入nice值

3.4 内存指针

struct mm_struct *mm;

task_struct里面有一个指针指向mm_struct这样的一个结构体

在mm_struct中包含对应内存中的地址空间的begin和end，描述进程所需内存的区域划分。

3.5 程序计数器

cpu内会有一些寄存器，其中有一个EIP寄存器记录进程的下一次执行代码的地址，EIP的值从task_struct中的pc指针中获取（point code）

3.6 上下文数据

为了更好的理解这里，先提出进程并发的概念

一个CPU在一个时刻只能执行一个进程，但是CPU是一个一个处理进程的吗？

其实不是，每的进程在CPU上只跑一小会，不论进程完成的程度怎么样，都要退下来，让下一个进程继续执行。一小会假定是10ms，那么在一秒钟CPU就可以跑100个进程。在短时间内，我们可以认为，CPU在同时执行这些进程，这些进程也在同步进行。

对于一个进程而言，这次CPU执行到这里，下次CPU来了要继续从这里执行下去。所以就需要保存程序执行时产生的数据和代码执行到的对应位置。CPU下次通过寄存器直接获取这些数据，就可以继续下去。

这些数据就叫上下文数据，由task_struct来保存。

这样子做到了，CPU在不同进程间的切换

4. 其他概念

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高 效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级

独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰

并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行

并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为 并发

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