【Linux】初识进程

目录

操作系统是什么

设计操作系统的目的

操作系统的定位

如何理解管理

管理的本质

管理的例子

计算机的管理概念图

操作系统管理逻辑的六字真言

系统调用和库函数的概念

进程

进程的概念

什么是PCB？

PCB的主要内容

如何查看进程？

通过系统调用获取进程标识符

Linux中创建进程

认识fork

fork有两个返回值

如何实现一个变量接受两个返回值的呢？

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）

创建进程的过程概况

小结

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操作系统是什么

• 在介绍进程之前，我们先回顾一下操作系统的概念：任何计算机都包含一个基本的程序集合，这个集合我们称做操作系统。宽泛的来讲，操作系统可以分为内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）和其他程序两大部分（函数库、shell程序等）。

设计操作系统的目的

1. 与硬件交互，管理所有软件资源

2. 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

操作系统的定位

• 在整个计算机体系架构中，操作系统是一款纯正的搞管理的软件，管理的是资源

如何理解管理

管理的本质

• 管理的本质实际上就是管理数据

管理的例子

• 在一个大型制造公司中，有多个部门和不同层级的管理人员。公司的管理结构可以分为高层管理层、中层管理层和基层管理层。高层管理层：由公司的CEO（首席执行官）、CFO（首席财务官）、COO（首席运营官）等组成。他们负责制定公司的战略方向、决策重要事项，并对整个公司的运营和业绩负责。中层管理层：包括各个部门的经理、主管等，他们负责执行公司制定的战略方针，管理团队成员的日常工作，协调部门间的合作与沟通，确保部门目标的达成。基层管理层：由领班、班长等组成，他们负责具体的生产、运营工作。他们需要执行中层管理层下达的任务，指导员工完成具体工作，解决实际生产过程中的问题。通过这个例子，可以清晰地展示层级管理在一个组织中的运作方式。不同层级的管理人员各自承担着不同的责任和角色，共同协作使得整个组织能够高效运转，达成既定的目标和使命。

计算机的管理概念图

操作系统管理逻辑的六字真言

• 先描述再组织

• 描述：我们在管理一个对象之前要知道它有什么属性，换到计算机当中就是用类去表示，如：学生的学号、班级、姓名，这样在学生调皮捣蛋的时候能重拳出击。

• 组织：在描述完这个对象之后，便可以将抽象的管理转变成现实的数据结构的增删查改。

系统调用和库函数的概念

• 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。

• 系统调用是形成库的基础

进程

进程的概念

• 程序是静态的文件，存储在磁盘上，而进程是程序在内存中的执行实例。

• 进程 = 可执行程序+PCB

什么是PCB？

• 按照上面的说法，我们要管理进程，首先就要描述进程

• 进程控制块（Process Control Block，PCB）是操作系统中用于描述和管理进程状态及相关信息的数据结构。每个正在系统中运行的进程都有一个对应的 PCB，操作系统使用 PCB 来跟踪和管理进程的执行。如此，对进程的管理便变成了对PCB的增删查改

PCB的主要内容

• 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

• 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

如何查看进程？

• 查看/proc文件夹即可

ls /proc/

• 使用ps、top等用户级工具

ps aux | grep test | grep -v grep

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 <unistd.h>int main()
{while(1){printf("i am a process my pid : %d,my father pid :%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}
}

Linux中创建进程

1. 命令行中直接启动进程：启动程序的本质就是创建进程，一般是通过父进程创建的，一般使用命令行创建的进程都是bash子进程

2. 通过代码来创建：使用fork函数来创建子进程，fork前只有父进程执行代码，fork之后，父子进程都执行代码

认识fork

• 使用 man 3 fork来了解fork的使用

fork有两个返回值

• 父进程中：当fork()在父进程中被调用时，fork()会返回新创建的子进程的进程ID（PID），这个 PID 就是子进程的标识符。父进程可以通过这个返回的 PID 来识别和管理其创建的子进程。

• 子进程中：在子进程中，fork()的返回值为0。这是因为子进程是父进程的副本，所以子进程中的fork()返回值为0，表示这是子进程的执行环境。

• 错误情况：如果fork()调用失败，返回值为-1，表示创建子进程失败。在这种情况下，通常会设置全局变量errno来指示具体的错误类型，比如内存不足等。

• 因此，通过检查fork()的返回值，父进程和子进程可以根据返回值来确定自己是父进程还是子进程，并进行不同的处理逻辑。这个通常使用分支语句if来实现。

  

如何实现一个变量接受两个返回值的呢？

  #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){ //childprintf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}else{ //fatherprintf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}sleep(1);return 0;}       

• 执行一个程序却有两个结果

  

• 操作系统是通过一些寄存器做到返回值返回两次的

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创建子进程，系统便会多一个子进程，以父进程为模板，为子进程创建PCB，但创建的子进程没有代码和数据，目前和父进程共享代码和数据，所以fork之后，父子进程会执行一样的代码。

创建进程的过程概况

1. 找到父进程的PCB

2. malloc（task_stract）

3. 根据父进程的PCB，初始化子进程的PCB

4. 让子进程的PCB指向父进程的代码程序数据

5. 将子进程放入调度队列中，和父进程一样去排队...

6. 执行完一系列操作后便返回xxx

小结

• 综上，我们知道了管理进程要先描述，再组织，所以便有了PCB用来描述进程，进程的创建方式有命令行和代码两种，使用代码创建进程时我们要用到fork函数，fork函数有两个返回值，子进程和父进程共享代码和数据，且数据以写时拷贝的形式。对于fork函数，后面会专门写一篇博客来介绍，祝同志们生活顺利、学业有成QVQ