【操作系统】4/35进程

进程

概述：操作系统调度单位，进程使用cpu工作。

操作系统OS基本的任务执行单元、调度单位，可以被系统分配相应的资源（内存、CPU），可以完成执行特定的工作和任务，任何操作系统都有进程概念。

进程：执行任务。

调度单位不只进程一种。

进程是最小的分配资源的单位。

线程是最小的调度单位。线程不需要额外分配内存， 而进程是需要的。

进程需要额外分配资源。

现在的操作系统，都是多任务操作系统，很久以前是单任务的。

单任务：一个时刻只能干一件事。

处理器、硬盘、内存，同一时刻，只能给一个人，单任务操作系统的局限性，一个进程会占用系统的全部硬件资源，无法执行多任务。硬件水平有限。

这个进程用完切换个下一个进程。

软件是随着硬件变化的。软件再强也没用。

如果新的硬件，让一个进程使用，就太浪费了。

多任务、多进程，开发出来了。

多个进程多个单元能合理的使用硬件就行。

多任务操作系统设计核心：优化。

多任务操作系统：可以被多个进程，或多个线程使用，可用性更强。

有限的硬件可以被合理的使用，轮转之类的。

硬件资源有限的情况下，多个调度单位，如何合理分配和使用系统资源。

进程生存环境/系统形态

主要是逻辑抽象概念。

进程在系统中：进程创建之后，被分配空间，一个进程会被分配0-4G内存，这么多内存分为两块区域。

3-4G系统空间，内核层，或叫做，系统层。

0-3G用户层。

内核层

PCB

进程控制块，每个进程都是独一无二的，PCB就是身份证。

记录进程信息、进程数据。所有的都保存在这里。

什么能表示一个进程？PCB

PCB可以理解为一个结构体，存储了很多信息。

用户层

从高地址开始

命令行参数/环境变量

main(int argc, char** argv)这是命令行参数，pwd是环境变量，进程初始化的时候，需要用到环境变量，内置变量、内置数据，初始化的时候需要用到这个数据。

进程创建出来，默认有环境变量，进程默认使用系统的环境变量。

进程栈

保存临时的东西。

lib

静态库、共享库等等，称之为lib

堆空间

就是new的那种空间，手动开辟的内容。

BSS数据段

static静态变量，全局变量，分为初始化和未初始化，如果未初始化，则在BSS，就是定义了没初始化，如果初始化了，就在下面。

DATA数据段

存放已初始化的数据。

Text代码段

核心逻辑、代码

综上，就是0-3G的内容，几乎包含了所有的数据。

用户层是，执行核心层。

用户在用户层有权限，但是内核层没有权限，用户没开放。写了就是：段错误！强制杀死，访问受限。

用户层，允许读写。

0-4G就是x86，32位系统的分配，64是0-8-16T分层。

虚拟内存

一个进程怎么可能占4G这么多内存呢？

cpu核越多越好，内存越大越好，显卡高级gpu

内存一般就是4g、8g、16g

如果按照进程的系统形态来看，多少内存都不够消耗的。

因此，进程的系统形态，所占据的，是虚拟内存。

内存条上的内存，是物理内存。

进程分配的内存是虚拟内存。

每一个进程创建的时候，是虚拟内存。

但是实际上，虚拟内存和物理内存是有对应关系的。

因为，你即使再虚拟，你的这些东西还是真实存在的，加载也加载到物理内存里了，只不过小的很多。

最吃内存的是ui界面这种东西。

虚拟地址和物理地址的对应关系

每一个虚拟地址，都是一个指针，指向一个物理地址。

例如：进程栈，有一个地址，然后指向一个真实的物理地址。一一映射关系。

虚拟地址和物理内存的一一映射关系。

实际上物理内存也参与使用，但是有：交换技术

也就是说你的进程在使用的时候将这块物理地址进行使用，不用的时候交换出去。

交换技术满足了内存小的情况。

但是用的人多，即使有交换技术，也会很卡。

操作系统进程很多，映射关系很复杂，交给：内存管理器，去管理。

内存管理器有一张：虚拟内存映射表，来进行管理。

内核层和用户层都是有对应的物理地址的。

CPU——内存——磁盘——交换

每个进程都会分配0-4G，每个进程都会有自己的映射。

多进程不同的虚拟地址，指向的是相同的物理内存吗？

多进程用户层虚拟地址是否共享物理内存？

内存是会给不同的进程用的，但是使用，是轮转，不能同时使用。

一块内存是不可以被两个进程同时使用的，但是可以轮转使用。

用户层映射的物理地址，不允许多进程同时共享使用，会产生访问冲突。

注：用户层，不能共享，是独占，但是内核层，是可以共享的。

因为内核层是访问受限的，多个进程可以映射同一块内核层物理地址。

内核层，共享地址，多个进程指向相同的物理地址。

ipc进程间通信技术，完全依赖于内核层共享物理内存。

分时复用原则

多任务操作系统中的重要部分。

要想到：时间片。

操作系统核心处理单元CPU处理器，数量有限，如何让若干个调度单位合理使用CPU资源？

分时复用：将CPU的使用权，以时间片为单位，进行切割，而后多进程交换轮转占用CPU。

使用理由：CPU资源宝贵且有限，为了让多进程合理使用CPU，以时间片为单位进行切分，每个进程占用CPU一段时间。

这是多任务OS典型特征。

保存和恢复处理器现场

光有分时复用是不完整的，但是不能保证每个进程在一个时间片内处理完。

A进程用完时间片，B再用，B会不会影响A进程的配置或使用？

多任务操作系统的另一特性：保存和恢复处理器现场。

CPU由几个核心部件组成：控制器、计算器、译码器、寄存器，这几个是主要的。

寄存器：一个进程使用CPU，必须使用寄存器。但是寄存器数量有限，没有能力一个进程给一个。

x86单核cpu，可能寄存器就16个，存储运算过程、运算数据、运算地址，例如：eax,ebx,ecx,edx,eflag,edi，并不是说一个进程用一个，而是进程共用这16个。

进程AB都是对不同数据进行相同的操作，但是：变量计算，并不是原子操作，而是由多条指令完成的。

时间片暂时耗尽：软件中断。

例如a++一个操作，是由好几步组成：mov eax, 0x10; add eax; mov 0x10 eax;

如果时间片运行到进程A的add时中断了，那么会不会影响b的操作？

我们的eax里存了我们的运算过程。因此，必须解决这个问题。

多进程共用CPU资源(寄存器)，寄存器中保存了执行过程，和中间数据，如果以为中断产生进程切换，其他进程使用寄存器，可能会破坏或覆盖掉A的运算过程。

为了避免这种事情，我们只需要保存运算过程，这就叫做：保存和恢复处理器现场。

这就是多任务操作系统的功能！

保存，保存在进程里。

每个进程由两个栈，另一个栈不在用户层，而是在内核层里的PCB里，每一个PCB都有一个内核栈里。

如果产生了时间片轮转终端，将现场保存在，PCB内核层的内核栈里。

反之，恢复的时候，从内核栈里取出现场，进行恢复现场。

进程状态转换

新生态、就绪态、运行态、阻塞态、终止态。

线程同步=线程安全。指的是加锁。

阻塞态有两种：挂起态，基本特征一致，阻塞可能被异常中断，但是挂起无法被中断。

挂起就是防中断的。psaux进行查看进程状态时，可以看到状态s，t。 

r+前台运行态。ctrl+z控制挂起。

Linux还有两种新的状态：僵尸态、孤儿态。

多进程并发模型

并行、并发、串行。

并行：多核cpu，每个cpu运行一个进程，这就是并行。

多个进程，占用多个处理器，同时执行任务，物理并行。

并发：一个cpu，执行多个进程，时间片轮转，这就是并发。

多个进程分配轮转使用CPU，为轮转执行。

操作系统支持并行，但是一般都是并发，而且你选不了让谁并行并发。

串行：顺序执行。

多进程模型：

1、是完成同一个任务目标的，可以获取更多的系统资源，极快任务执行速度，缩短任务完成周期。

2、单进程模型可能产生阻塞挂起，任务无法推进，多进程模型可以调高任务执行的密集程度，比如有的进程阻塞了，我们还可以继续接上。因为我们完成的是同一目标。

现在一般都是多进程、或多线程混合使用。

多进程执行共有任务

多进程拷贝一个文件，提高拷贝速度

不同的进程做不同的事情。