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进程相关概念 文章目录 前言进程相关概念1. 基本理念2. 进程的描述2.1 为什么需要pcb2.2 什么是pcb 3. 查看进程4. 在程序中pid5. 父进程是什么6. 创建子进程创建进程的时候OS要干嘛cpu的运行队列 run_queue 7. 进程状态8. 状态优先级9. 环境变量10. 地址空间10.1 什么是地址空间10.2 地址空间是如何设计的10.3 扩展内容比较难理解10.4 为什么要有地址空间的三个理由10.4.1 理由一10.4.2 理由二10.4.3 理由三 10.5 重新理解挂起 1. 基本理念
重要理论先组织再描述struct结构体
在操作系统内部一定存在大量的数据结构和算法
2. 进程的描述
2.1 为什么需要pcb
为了描述每一个进程Linux内核会给每一个进程创建一个结构体PCB
PCB结构体包含了该进程的属性
struct PCB
{// 属性数据进程全部的属性数据如pid// ... struct PCB* next;struct PCB* prev;
};对进程的管理变成了对进程PCB结构体链表的增删查改
什么是进程进程对应的代码数据进程对应的PCB结构体
2.2 什么是pcb
在linux中叫task_struct
里面会有这些内容。 是一个双链表
3. 查看进程 表头也可以带上
ps axj | head -1 ps axj | grep myproctop命令也可以查看进程
Linux系统下存在一个目录记录进程的信息。
/proc # 这个目录下都是进程的信息在这个目录下都是进程的属性。
我们可以看下里面的信息。 事实上/proc目录是动态的多一个进程就会多一个目录少一个进程就会少一个目录。
4. 在程序中pid
在程序中如何获得pid呢
getpid() // 这是我们人生中第一个系统调用接口5. 父进程是什么
ps axj 一下发现父进程是bash
bash是shell命令行外壳程序
很熟悉了这些。
6. 创建子进程
fork fork() 返回值 fork失败返回-1fork成功给父进程返回子进程的pid给子进程返回0 为什么会有两个返回值呢不是只能返回一个吗后面再说。 我们简单写一个代码。 第二个为什么被执行了两次
因为不加判断父进程和子进程都会执行。
复习到后面就会知道创建子进程的时候这份代码是被复制了的
所以第二句打印语句父子进程共享。
我们加上一个判断就能把子进程和父进程分开来
创建进程的时候OS要干嘛
本质创建一个新的task_struct然后这里里面的字段有一些是复制父进程的有一些事自己的。
cpu的运行队列 run_queue
进程调度本质上就是调度程序在run_queue里面挑选一个task_struct来执行
但是这个运行队列也不是按一般顺序的这个是调度程序决定的
7. 进程状态
具体可以看博客。
进程状态操作系统什么是pcb什么是僵尸进程 什么是孤儿进程 【超详细的图文解释】【Linux OS】_pcb结构体-CSDN博客
后台运行一个进程
./test 8. 状态优先级
状态优先级 老的优先级 nice值
PRI就是优先级越小越先执行
NI就是nice值 9. 环境变量
比较熟了不再赘述。
要改可以用export
但是要记得把之前的带上 注意环境变量的组织方式是一个字符指针数组 可以用程序打印所有环境变量。
第一种获取方式 第二种获取方式
略。不常用其实第一种也不常用第三种才常用。 main函数的第三个参数也就是环境变量参数是从哪里来的
一般都是父进程中继承下来的
10. 地址空间
10.1 什么是地址空间
我们在所有的语言里面提到的地址的概念本质上都是一个虚拟地址而不是物理地址。
页表映射现在只知道大概不知道细节所以这一节简单复习一下。 这个结构是可以用代码进行验证的。
// 验证地址空间的栈结构
int g_unval; // 未初始化的全局变量
int g_val 100; // 已经初始化的全局变量
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{printf(code addr: %p\n, main); // 代码块位置printf(init global addr: %p\n, g_val); // 初始化全局变量printf(uninit global addr: %p\n, g_unval); // 未初始化全局变量char *heap_memory (char *)malloc(10);printf(heap addr: %p\n, heap_memory); // 堆上的空间printf(stack addr: %p\n, heap_memory); // 栈上的空间for (int i 0; i argc; i){printf(argv[%d]: %p\n, i, argv[i]);}for (int i 0; env[i]; i){printf(env[%d]: %p\n, i, env[i]);}return 0;
}10.2 地址空间是如何设计的
其实就是给各个进程画饼。
先描述后组织
如果我们可以直接访问物理内存的话其实是特别不安全的。
所以我们构建了映射机制。
如何理解地址的划分 — 其实就是一个简单的struct结构体就行了。
struct myroom
{int __start;int __end;
};其实地址空间的各个区域也是通过这个方式进行划分的。
struct addr_room {int code_start; int code_end;int init_start; int init_end;int uninit_start; int uninit_end;int heap_start; int heap_end; //...其他属性
}现在我们又可以知道task_struct里面的又一个字段了 — mm_struct* mm。
地址空间和页表用户级是每一个进程都私有一份的只要保证每一个进程的页表映射的是物理内存的不同区域我们就能做到进程之间不会互相干扰进程的独立性。 回答一个遗留问题return两个不同的值是怎么回事
Return会被执行两次
Return的本质不就是对值进行写入吗? – 此时发生了写时拷贝!
所以两个进程各自其实在物理内存中有属于自己的变量空间只不过是在用户层面用同一个变量(虚拟地址!)来标识了!
10.3 扩展内容比较难理解 10.4 为什么要有地址空间的三个理由
10.4.1 理由一
可以有效保护物理内存禁止非法映射
10.4.2 理由二
因为有地址空间的存在因为有页表的映射我们的物理内存中是不是可以对未来的数据进行任意位置的加载
当然可以
首先物理内存的分配可以和进程管理完全解耦
所以我们newmalloc的时候都是申请虚拟地址空间。
紧接着一个问题如果我们申请了物理空间但是又不马上使用是不是造成了空间的浪费呢当然是的
所以事实上OS是非常聪明的你虽然malloc了100个字节但是我可以一个都不给你
而你去访问或者使用这100个字节的事哦呼下面的物理地址空间的相关管理算法才把这个100字节分给你再让你访问但是你上层是0感知的
这个叫做延迟分配的策略
那么OS是如何知道一些内存空间虽然在虚拟上给了但是物理上还 没给呢这里有个技术叫做 —— 缺页中断!(后面我们再完善这个概念)
10.4.3 理由三
因为物理内存中理论上可以任意位置加载那么是不是物理内存中的几乎所有的数据和代码在内存是乱序的
但是因为页表的存在它可以进行映射
那么是不是在进程视角所有的内存分布 都可以是有序的?
是的! 地址空间页表的存在可以将内存的分布有序化! 比如说 我一个进程看到的是一个连续的0-ffff的地址但是事实上在物理上这个可能是分散的分块的哦 但是我进程需要知道这些吗根本不需要care我只知道我用的是0-ffff的连续的地址就行了底层是怎么样的我根本不需要知道 10.5 重新理解挂起
