1.0 进程基本概念及原理了解

注:都是亲笔整理,有错别字或者描述不准确的请见谅,重难点不好做标记,pdf版的清晰些,不知道怎么贴上来,各位将就一下

一:简介

二:Linux进程管理

三:进程的地址空间


一:简介

1:程序和进程的区别

  程序:静态的概念

  进程:动态的概念

  什么时静态的概念什么时动态的概念?类比一下:

  手机:静态的一个实物

  打电话:动态的一个过程

  怎么来描述一个打电话的过程呢?

  拿起手机-->拨号-->接通-->通话-->挂断  描述这个打电话,就是一动态的一个过程。


再来说说程序和进程的基本概念。

    程序--静态的概念 

一个编译出来的可执行文件,它是一些保存在磁盘上的指令的有序集合,没有任何执行的概念。比如我们的a.out就是一个可执行程序。

进程--动态的概念 

a.out要执行,这样的执行过程是一个动态的,需要把这些可执行的程序指令搬运到内存中,进行一些内存的资源,这就是进程。也可以理解为"正在运行的程序"

区别:

<1>进程是动态的,运行在内存中,并伴随着资源的分配与释放。

<2>程序是静态的一般存在在磁盘上,没有执行的概念。

那么我们的进程运行的时候需要消耗那些资源呢?

CPU资源、内存资源、时间片(CPU给进程分配运行的时间)

2. 进程一些概念:

2.1 进程是一个独立的可调度的任务

    进程是一个抽象实体。当系统在执行某个程序时,分配和释放的各种资源

2.2 进程是一个程序的一次执行的过程

2.3 进程是程序执行和资源管理的最小单位 

windows下查看进程相关信息,任务管理器,linux怎么看?ps -ef或者ps -aux

ps 命令的详细参数可以参考文档《Linux 高级编程-ps命令.pdf》

二:Linux进程管理

1. 在linux系统中管理进程使用的时时树型管理方式,每个进程都需要与其他某一个进程建立父子关系,对应的进程则叫做父进程。

2. Linux系统会为每个进程分配id,这个id作为当前进程的唯一标识。

3. 进程id可以通过linux系统调用来获取。

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);//获取当前进程的进程id

pid_t getppid(void);//获取当前进程的父进程的id

pstree:查看当前系统下所有的进程之间的树型关系图 

pstree -p:在进程名后边加上进程号进行显示

三:进程的地址空间

1. 程序的内存分配情况

2. 进程的地址空间

一旦进程建立之后,系统则要为这个进程分配相应的资源,一般系统会为每个进程分配 4G 的

地址空间。

4G 的地址空间的结构如下:


一般4G 的进程地址空间主要分为两部分:0 - 3G : 用户空间 与 3G - 4G 内核空间

再次介绍一下系统调用。

用户空间又分为 :

stack : 存放非静态的局部变量

heap  : 动态申请的内存

.bss  : 未初始化过的全局变量(包括初始化为0的,未初始化过的静态变量

.data : 初始化过并且值不为0的全局变量,初始化过的静态变量(包括初始化为0)

.rodata : 只读变量(字符串之类)

.text : 程序文本段(包括函数,符号常量)

当用户进程需要通过内核获取资源时,会切换到内核态运行,这时当前进程会使用内核空间分配资源

用户需要切换到内核态运行时,主要是通过 系统调用


3. 虚拟地址和物理地址介绍

    那我们看一下我们计算机的内存是多大的?我们同时又有这么多的程序,那如果是为每个进程分配4G的内存,那这么多进程岂不不够用了?这就要说到我们的虚拟地址空间和物理地址空间了。

《虚拟地址和物理地址介绍》


四:进程的状态

运行态:R (TASK_RUNNING):此时进程或者正在运行,或者准备运行

睡眠态 : 此时进程在等待一个事件的发生或某种系统资源

可中断的睡眠(S):进程正在休眠,等待某个资源来唤醒它。也可以被其他信号中断唤醒。scanf的时候就是属于这种状态的。

不可以中断的睡眠(D):进程正在休眠,等待某个资源来唤醒它。不能被其他信号中断唤醒。

执行vfork系统调用后,父进程将进入TASK_UNINTERRUPTIBLE状态,直到子进程调用exit或exec。通过下面的代码就能得到处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程:

#include <stdio.h>

void main() {if (!vfork()) sleep(100); }

停止态(T):进程暂停接受某种处理。例如:gdb调试断点信息处理。kill -19可以停止某个进程,kill -18恢复进程的运行。

僵尸态(Z):进程已经结束但是还没有释放进程资源。

zomeb.c是制造一个僵尸进程场景的例子。

一个进程,都是由父进程创建的,正常情况,子进程退出之后,子进程的资源是由父进程回收的,但是父进程可能正在忙自己的,没有来回收子进程的资源,等过会儿忙完才来回收子进程的资源,从子进程退出到父进程来回收资源的这个中间的这段时间,子进程的状态就是僵尸状态。

+ : 表示该进程在前台运行。例如:S+ ,R+等,没有+表示在后台运行。

详细的描述参见《进程的状态》---选读

进程的几种状态之间的转换如下:


五:进程的种类

A.交互进程

由shell启动的进程,它既可以在前台运行,也可以在后台运行。交互进程在执行过程中,交互进程在执行过程中,要求与用户进行交互操作。简单来说,就是用户需要给出某些参数或者信息,进程才能继续执行。

例如:系统等待用户数据数据就是一个交互进程。

B.批处理进程

和windows原来的批处理很类似,是一个进程序列。该进程负责按照顺序启动其它进程。(可以理解为一个shell中调用了其它的shell)

C.守护进程

 执行特定功能或者执行系统相关任务的后台进程。它一般在Linux启动时开始执行,系统关闭时才结束。

例如:tftp和Apache

六:进程相关命令

1.pstree 以树形的结构显示进程的信息。

参数:-p 在显示进程树的同时显示其pid号

常用:pstree -p.

2.ps:查看系统中的进程

常用:ps -ef | grep 进程名/进程ID 或 ps -ef | head -1或 ps aux | grep 进程名/进程ID

a.给当前进程截取一个快照,来查看我们的PID号

ps -ef | grep “进程名/进程ID”   

b.查看进程第一行的信息。

ps -ef | head -1

c.查看当前进程的状态

ps aux | grep “进程名/进程ID”

详细的参考文档《Linux 高级编程-ps命令.pdf》

3.kill   给指定的PID进程发送信号

使用方法:kill  -信号的宏名 PID  或者 kill -信号的编号 PID号

常用宏:

宏名          编号       功能  

SIGKILL       9         杀死进程。

SIGCONT       18        让进程继续运行的信号。

SIGSTOP       19        让进程停止的信号。

SIGCHLD       17        子进程结束的时候,给父进程发送该信号。(这里有个印象,后期讲解)

例如:

ps -ef | grep a.out ===>搜索PID号,假如为31599

kill -9 31599  杀死该进程

Kill -SIGSTOP 31599 停止该进程

4.top:动态显示系统中的进程

使用方法:top

推荐阅读更多精彩内容