进程的理解

1、进程

1.1 基本概念

1、进程==内核数据结构（task_struct）+程序的代码和数据
2、当我们运行一个程序的时候，首先会创建一个结构体来管理这个进程的信息，然后该程序的代码与数据会加载到内存当中，当有多个进程时，会将描述这个进程的结构体（task_struct）依次连接起来，形成一个链表，cpu通过类似于队列的方式依次处理每一个进程，这个进程管理着数据域代码。
3、这种处理方式我们称为先描述，在组织。

1.2 描述进程-PCB

task_ struct内容分类

1、标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
2、状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
3、优先级: 相对于其他进程的优先级。
4、程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
5、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
6、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]。
7、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。
8、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``

所以对进程的学习，就是学习这个结构体里的内容

1.3 最早版本task-struct（linux）

1.4 查看进程

杀掉进程：

进程标示符

进程id（PID）
父进程id（PPID）

20636：进程pid

proc：process（进程的信息以文件形式存于这个目录）
ps底层就是对/proc里的进程进行文本分析

ls /proc/pid
查看该进程所有的属性

cwd：

一般我们写完代码后，执行可执行程序会在当前目录下创建exe，当前路径（cwd）；

chdir：改变上述文件创建位置

/proc不是硬盘级别的文件，而是内存级别的，每次启动系统，都会刷新

1.5 getppid（副id）

2 系统调用，创建进程

2.1 见一见

2.2 理解

1、父：子==1：多
2、fork（）-> 创建子进程，在子进程与父进程中代码是会共享的，但是数据各自享有
3、为什么？进程之间是互不影响的，即便是父子，
4、一个进程可以创建多个子进程，子进程也可以创建多个子进程，总的来说linux进程是一个树的结构

2.3 多进程创建

2.4 理解创建子进程

2.5 进程的状态

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在
Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。
下面的状态在kernel源代码里定义

 The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

1.R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列 里。
2.S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠 （interruptible sleep））。
3.D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的 进程通常会等待IO的结束。
4.T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
5.X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。

分时操作系统（为每个进度分配时间）

实时操作系统

理解进程状态

1、运行：在内存中一个进程运行时会创建一个运行队列（runqueue）也就是上面说的链表，只要描述进程的task_struct在内存中存在，该进程就叫运行状态，代表我已经准备好被cpu进行调度轮转

2、阻塞：每一个硬件设备也被一个结构体所管理，这个结构体内有着该设备的准备情况，例如一个程序需要键盘读入，但是我们一直不向键盘写入，那么该runqueue里所有的进程岂不是都会卡在当前这个进程，这是不被操作系统所允许的，故此设计师就在硬件的struct device中设计一个队列，专门来存放这些还没有准备好的进程，当我们再次输入后，操作系统就会将这个进程重新放入运行队列。

3、运行和阻塞的本质：是让不同的进程，出在不同的队列。

4、硬件是否准备就绪其实可以在struct device 中插入一个status即可，通过数字的变化就可以来确定硬件的准备情况

-19暂停进程
-18重新启动进程
断点本质是进程暂停


僵尸进程：子进程的代码与数据已经被回收，但是它的task_struct还在维护


孤儿进程：子进程还在运行，父进程已经消亡

3 进程优先级

进程的优先级就是获得某种资源的先后顺序，本质上是由于资源的竞争。

一个进程如何来表示优先级：（PRI+NI）（优先级数字越小，进程优先级越高）
pri默认是80，每次更改pri都会恢复默认值

4、进程切换

4.1 为什么进程切换

1、我们家用的电脑一般是采用并发的形式来轮转每一个进程，目的是让每一个进程都有被调度的可能，所以进程必须切换。
2、当该进程的时间片到了就需要进程切换，但是一个时间片完了，该进程没有执行完怎么办？我们需要该进程在任何地方都能够被重新调度切换
3、进程切换：本质是保存上下文数据，以便下次可以继续运行该进程

4.2 切换过程和理解

1、进程在运行的时候，会产生很多临时数据，都存放于cpu的寄存器当中
下图就是一个进程切换的示意图

简单来说进程执行的过程就是创建task_struct与磁盘代码数据拷贝到内存以后，cpu去执行该程序，首先将程序的第一条指令读入pc（当前执行的指令下一条指令地址），然后cpu会将该指令存于ir（正在执行的命令），pc再读入下一条指令地址的同时处理ir里面的指令，然后cpu根据pc找到下一条指令再存放于ir，pc再读入下一条指令地址的同时cpu处理ir里面的指令，循环往复，直到执行完该程序。

4.2 多进程

在切换进程时会将当前进程执行的情况存放于一个结构体（下面的tss_struct）（存放寄存器），肯定不在cpu内部（内存）

进程的切换核心->进程上下文数据的保存与恢复
切走：将相关寄存器的内容保存起来
切回：将保存的寄存器的数据，恢复到寄存器中
通过这样的方式每次进程切换时cpu就可以完全覆盖式写入。

保存上次数据的地方肯定在内存中（当前进程的PCB）

6.3 struct tss_struct

5、进程调度

1、在运行队列中并不是我们所谓的一个结构体指向下一个结构体
2、linux真实的调度算法：

在runqueue中存在一个queue，这个队列存放的是每一个进程的优先级，0-100（实时进程），100-140（我们的进程），
前面我们了解过进程的优先级共有40个数，就是出自这里，在队列中我们可以看到两张这样的表，另外还有active与expried指针以及一个bitmap（位图），进程的优先级就由上述所构成

进程的调度就是在100-140中从低到高依次调度，但是这里就会有一个问题（还有其他方面，例如新进程的创建），就是一个进程调度完后是不是会放回原队列，然后根据优先级再次插入100-140这些位置，这样可能会导致优先级特别低的进程在实际中根本不会被调度，很明显这样是不被允许的。所以聪明的大佬设计了两张表，其中一张用active来指向，另一张用expried来指向，active中全是当前目前正在运行的进程，当进程需要轮转时，就放入expried表中，这样active就只会减少，expried只会增加，当active里的进程运行完的时候，直接将这两个指针交换一下即可。

上述我们描述了进程真实的调度，我们再来谈一下bitmap的作用，首先来看bitmap有5个int的位置，一个int占4个字节，一个字节占8个比特位，刚好160个比特位，能够覆盖完这140个位置，我们用1表示有进程，0表示无进程，这样我们就可以很快的找到哪些地方存在进程

这样的方法被称为大O1调度算法

6、补充知识