进程(一)(22)

1.进程是什么

进程是程序执行的过程，会去分配内存资源，cpu的调度。正在运行的程序叫进程。

并发：同一时刻可以同时完成多个任务。

• 进程: 是操作系统对正在运行的程序的抽象。进程不仅包括程序的代码，还包括程序的执行状态、内存分配、堆栈、寄存器内容等。

• 进程 ID (PID): 每个进程在系统中都有一个唯一的标识符，称为进程 ID，用于区分不同的进程。

• 父进程与子进程: 一个进程可以创建一个或多个子进程。子进程从父进程继承资源和属性，但具有自己的 PID 和独立的执行上下文。

pcb块，是一个结构体，process control block

每个进程在操作系统中都有一个进程控制块（Process Control Block, PCB），用于存储进程的状态和管理信息。PCB 包括以下内容：

• 进程 ID (PID): 唯一标识进程的编号。

• 程序计数器 (Program Counter): 当前正在执行的指令的地址。

• 寄存器状态: 包括 CPU 寄存器的内容。

• 内存管理信息: 进程的地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈的起始地址。

• 进程状态: 进程的当前状态（运行、就绪、等待等）。

• 调度信息: 用于进程调度的相关数据，如优先级、调度策略等。

• 文件描述符表: 进程打开的文件及其状态的信息。

• 进程间通信 (IPC) 信息: 进程间通信机制的数据，如信号、消息队列等。

kernal linux内核，cpu一个一个运行

描述一个进程的所有信息

{

PID,进程标识符

当前工作路径 chdir

umask 0002

进程打开的文件列表 文件IO中有提到

信号相关设置 处理异步io，

用户id，组id

进程资源的上限-----ulimit -a，显示资源上限。

Open files 进程打开的文件上限，默认1024。可调

Statck size 栈的大小默认8m，栈一般存放(局部变量，函数参数，返回地址)

}

2.进程和程序的区别?

程序:静态

存储在硬盘中代码，数据的集合(一组指令的有序集合)

进程:动态

程序执行的过程,是动态的，包括进程的创建、调度、消亡

.c ----> a.out-----> process(pid)

1）程序是永存，进程是暂时的(有其生命周期，创建后运行，运行结束后消亡)

2）进程有程序状态的变化，程序没有

3）进程可以并发，程序无并发

4）进程与进程会存在竞争计算机的资源(进程在运行过程中需要分配和使用系统资源如cpu时间，内存空间等)

5）一个程序可以运行多次，变成多个进程

一个进程可以运行一个或多个程序

程序是进程的静态文本，而进程是程序的动态执行

内存的分布

0-3G,是进程的空间，3G-4G是内核的空间,虚拟地址

虚拟地址 * 物理内存和虚拟内存的地址 映射表 1page=4k mmu

进程的空间分配：内存图(08/19 11:30)

进程分类：

1、交互式进程

2、批处理进程 shell脚本

3、 守护进程

3.进程的作用? 并发,并行区别。

1. 资源管理：进程拥有独立的地址空间和资源（如内存、文件描述符），确保各个进程之间的隔离和安全。

2. 并发执行：通过创建多个进程，系统可以同时执行多个任务，提高效率和响应能力。

3. 调度和管理：操作系统的调度器负责分配 CPU 时间给各个进程，优化系统性能。

4. 进程间通信：进程可以通过各种机制（如管道、信号、共享内存等）交换数据和协调工作。

4.进程的状态：

3个状态，就绪→执行态→阻塞（等待，睡眠）基本操作系统

linux中的状态，运行态，睡眠态，僵尸，暂停态。

1. 就绪态 (Ready)：

   1. 定义：进程已经准备好运行，等待 CPU 时间片的分配。

   2. 转换到运行态：当调度器选择该进程并分配 CPU 时间片时，进程从就绪态转换到运行态。

2. 运行态 (Running)：

   1. 定义：进程正在 CPU 上执行。

   2. 转换到就绪态：当时间片用完，或者由于其他优先级更高的进程需要 CPU 时，进程会从运行态转换到就绪态。

   3. 转换到阻塞态：当进程等待某些事件或资源（例如 I/O 操作）时，它会从运行态转换到阻塞态。

   4. 转换到终止态：当进程完成执行或被终止时，它会从运行态转换到终止态。

3. 阻塞态 (Blocked)：

   1. 定义：进程在等待某些事件或资源（如 I/O 操作完成）。

   2. 转换到就绪态：当等待的事件发生，资源变得可用时，进程会从阻塞态转换到就绪态。

4. 挂起态 (Suspended)：

   1. 定义：进程被暂停或挂起，通常由系统管理员或操作系统主动进行。

   2. 转换到就绪态：当进程从挂起状态恢复时，通常会转换回就绪态，以便等待 CPU 时间片的分配。

   3. 转换到终止态：如果进程在挂起期间被终止，它会直接转换到终止态。

5. 终止态 (Terminated)：

   1. 定义：进程已完成执行，所有资源都被释放。

   2. 僵尸状态：在进程终止后，如果父进程尚未读取其退出状态，进程会先进入僵尸状态。

   3. 转换到已退出状态：父进程读取了退出状态后，进程会从僵尸状态转换到已退出状态，进程表条目最终会被清除。

5.进程的调度，进程上下文切换

内核主要功能之一就是完成进程调度, 硬件，bios，io，文件系统，驱动

调度算法， other，idle

rr，fifo

宏观并行

微观串行

1. 进程调度：决定哪个进程在何时运行。主要策略包括：

   1. 时间片轮转 (Round Robin)：每个进程分配固定时间片，时间片用完后调度下一个进程。

   2. 优先级调度 (Priority Scheduling)：高优先级进程优先执行。

   3. 多级反馈队列 (Multilevel Feedback Queue)：动态调整进程优先级，以优化系统响应和吞吐量。

2. 上下文切换：在两个进程间切换时保存和恢复状态。步骤包括：

   1. 保存当前进程状态：包括寄存器值、程序计数器、堆栈指针等。

   2. 加载新进程状态：恢复新进程的寄存器值和其他状态信息。

   3. 更新调度信息：调整进程队列和状态。

6.查询进程相关命令

1.ps aux

   查看进程相关信息

1.就绪态、运行态 R

2.睡眠态、等待态

   可唤醒等待态 S

不可唤醒等待态 D

3.停止态 T

4.僵尸态 Z

5.结束态

2.top

根据CPU占用率查看进程相关信息

3.kill和killall发送一个信号

kill -2 PID

发送信号+PID对应的进程，默认接收者关闭（ctrl+c）

killall -9 进程名

发送信号 进程名对应的所有进程

  强制终止进程，无法被捕获或忽略，进程不会进行清理。

  用法：kill -9 PID

killall a.out

1.fork();

pid_t fork()； 叉子

一次调用，会返回两次。

• 返回值:

  • 父进程: 返回新创建子进程的进程 ID (PID)。

  • 子进程: 返回 0。

  • 出错: 如果 fork 调用失败，返回 -1，且设置 errno 以指示错误类型。

  • 进程复制:

    • fork 创建一个与父进程几乎完全相同的子进程。包括进程的代码、数据、打开的文件描述符等。然而，子进程有自己独立的地址空间和 PID。

子进程先运行和是父进程先进程，顺序不确定。

变量不共享。

子进程复制父进程的0到3g空间和父进程内核中的PCB，但id号不同。

功能：通过该函数可以从当前进程中克隆一个同名新进程。

克隆的进程称为子进程，原有的进程称为 父进程。

子进程是父进程的完全拷贝。

子进程的执行过程是从fork函数之后执行。

子进程与父进程具有相同的代码逻辑。

返回值：int 类型的数字。

在父进程中：成功 返回值是子进程的pid号 >0

失败 返回-1；

在子进程中：成功 返回值 0

失败 无

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[])
{pid_t ret = fork();if(ret>0){//fatherwhile(1){printf("发送视频\n");sleep(1);}}else if(0 == ret){//childwhile(1){printf("接受控制\n");sleep(1);}}else {perror("fork error\n");return 1;}return 0;
}

面试题： 一次fork生成几个进程？他们之间的关系是什么样的？

如果两次fork同时前后执行，会生成几个进程？他们之间的

关系如何表示，有多少个子进程，有没有孙进程？

2.getpid

pid_t getpid(void);

功能:

获得调用该函数进程的pid

返回值

• 返回当前进程的进程 ID（pid_t 类型），如果调用成功。

• 在错误情况下（通常不会发生），返回 -1，并设置 errno 来指示错误类型，但 getpid 函数通常不会失败。

主要用途

1. 获取当前进程的 PID：可以用来识别和管理当前进程。

2. 进程间通信：进程可以使用其 PID 与其他进程通信或管理资源。

3. 调试和日志：获取进程 PID 以便于在调试和日志记录中跟踪进程的行为。

3.getppid

pid_t getppid(void);

功能:

获得调用该函数进程的父进程pid号

返回值:

返回父进程id号

fork函数之后的数据处理互不影响，getpid，getppid函数使用

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int a = 20;
int main(int argc, char *argv[])
{pid_t ret = fork();if(ret>0){//fathersleep(3);printf("father is %d   pid %d ,ppid:%d  \n",a,getpid(),getppid());}else if(0 == ret){//childprintf("child a is %d\n",a);a+=10;printf("child a is %d pid:%d ppid:%d\n",a,getpid(),getppid());}else {perror("fork error\n");return 1;}printf("a is %d pid:%d\n",a,getpid());return 0;
}

fork()&&fork()||fork();

应用场合：

1）一个进程希望复制自己，使父子进程同时执行同的代码段。网络服务中会比较多见。

2）一个进程需要执行一个不同的程序。fork+exec