4-2 Linux进程和内存概念

前言

进程是一个其中运行着一个或多个线程的地址空间和这些线程所需要的系统资源。一般来说，Linux系统会在进程之间共享程序代码和系统函数库，所以在任何时刻内存中都只有代码的一份拷贝。

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进程状态

创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态。

就绪状态：进程已经准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行。

执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态。

阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用。

终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态，无法再执行。

进程优先级

优先级是指CPU为进程分配资源的先后顺序，优先权高的进程有优先执行的权利（数字越小优先级越高）。

系统优先级取值范围 0至139
nice优先级取值范围 -20至19

可以手动在取值范围内修改优先级，在top后按r，输入pid，再输入nice值。

内存模型

在一个32位的操作系统中每一个进程的虚拟地址空间位4GB。其中1G为内核空间3G为用户空间，每一个进程的用户空间又可以分为：用户栈、共享库、用户堆、数据段和代码段五个部分。

用户栈：用户栈用来保存各种了临时数据，包括函数中的参数传递，和函数内的局部变量。栈的扩展方向是自顶向下，栈底地址为高地址，栈顶为低地址，栈的出入遵循先进后出原则。

共享库：共享库用来保存程序执行时所需要依赖的共享代码库（比如libc）,这些代码库文件的实际地址会被会被映射到用户栈下方的虚拟地址，并被标记为只读。

用户堆：用户堆管理的是用户程序在运行过程中动态分配的内存，当用户需要时可以通过手动申请，用完之后在手动清空。堆的扩展方向与栈相反为自底向上，堆底在低地址，堆顶在高地址，当用户申请内存，堆顶指针会向上生长。

数据段：数据段主要保存的是程序中的全局变量、静态变量以及字符串常量，这些变量的生存周期通常是伴随程序的整个运行周期。

代码段：代码段主要保存的是编译完成的二进制代码。

内核地址空间：内核地址空间在进程用户态运行时通常是不可见的，只有进程进入到内核态时才能进行内核内存访问。

进程内存关系

进程即值执行的程序，都必须占用一定数量的内存，用来存放从磁盘载入的程序代码，还有存放取自用户输入的数据等等。不过进程对这些内存的管理方式因内存用途不一而不尽相同，有些内存是事先静态分配和统一回收的，而有些却是按需要动态分配和回收的。

进程组成：线程(协程) + 代码 + 数据 + 打开文件 + 地址空间