Linux之进程概念(一)

简介: Linux之进程概念(一)

一、冯诺依曼体系结构


我们常见的计算机,如笔记本。我们不常见的计算机,如服务器,大部分都遵守冯诺依曼体系。

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截至目前,我们所认识的计算机,都是有一个个的硬件组件组成

输入单元:包括键盘, 鼠标,扫描仪, 写板等

中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等

输出单元:显示器,打印机等

关于冯诺依曼,必须强调几点:

这里的存储器指的是内存。

不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备)。

外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。

一句话,所有设备都只能直接和内存打交道。

对冯诺依曼的理解,不能停留在概念上,要深入到对软件数据流理解上,请解释,从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始,数据的流动过程。


二、操作系统(Operator System)


1、概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,称为操作系统(OS)。笼统的理解,操作系统包括:

内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)

其他程序(例如函数库,shell程序等等)


2、设计OS的目的

与硬件交互,管理所有的软硬件资源

为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境


3、定位

在整个计算机软硬件架构中,操作系统的定位是:一款纯正的“搞管理”的软件


4、如何理解 “管理”

管理的例子

描述被管理对象

组织被管理对象

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5、总结

计算机管理硬件

  1. 描述起来,用struct结构体
  2. 组织起来,用链表或其他高效的数据结构


6、系统调用和库函数概念

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。


7、承上启下

那在还没有学习进程之前,就问大家,操作系统是怎么管理进行进程管理的呢?很简单,先把进程描述起来,再把进程组织起来!


三、进程


1、基本概念

课本概念:程序的一个执行实例,正在执行的程序等

内核观点:担当分配系统资源(CPU时间,内存)的实体。


2、描述进程-PCB

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中,可以理解为进程属性的集合。

课本上称之为PCB(process control block),Linux操作系统下的PCB是: task_struct

task_struct-PCB的一种


在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。

task_struct是Linux内核的一种数据结构,它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

task_ struct内容分类

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、组织进程

可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。


4、查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

如:要获取PID为1的进程信息,你需要查看 /proc/1 这个文件夹。

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大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

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5、通过系统调用获取进程标示符

进程id(PID)

父进程id(PPID)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
 printf("pid: %d\n", getpid());
 printf("ppid: %d\n", getppid());
 return 0;
 }


643724bbe1fc4fe79c45393ee8d62377.png

6、通过系统调用创建进程-fork初识

运行 man fork 认识fork

fork有两个返回值

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)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
 int ret = fork();
 printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
 sleep(1);
 return 0;
 }

c5914b7b726c43c89fd0424e127fc8c1.png

fork 之后通常要用 if 进行分流

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

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