Linux：理解操作系统和进程

        生动形象的理解进程

一、操作系统

        在理解进程之前，先理解一下操作系统是什么？？？

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）和其他程序（例如函数库，shell程序等等）

        为什么要有操作系统！！！！

简单总结：

对上，给人提供一个良好的使用环境

对下，把硬件资源管理好

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

如何理解这里的管理呢？？？

把操作系统和大学的教务系统做类比。

校长 ------ 管理者

    |

    |  做决策

    |

辅导员 ------ 驱动层

    |

    |  做执行

    |

学生 ------ 被管理的对象

需要认识到：管理者管理学生，是不需要直接和被管理的对象见面的。

        那管理者是怎么管理学生的呢？？？   

只需要拿到学生的数据即可（依靠驱动层）。管理者做决定需要依靠这些数据。

有那么多的学生，教务系统是怎么管理的呢？？？（这里类比操作系统）

答：把每一个学生用struct结构体来描述，如struct student 里面有学生的学号，姓名，成绩等等等等。然后，再用数据结构，把这些结构体组织起来，这样就很好的管理起来了。

        在计算机中，操作系统先用struct结构体把硬件描述起来，然后再用数据结构把这些struct结构体组织起来，就完成了对各个硬件的管理。

二、系统调用和库函数的概念

• 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，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。

这里可以类比一下银行的窗口，银行会让你拿着money去金库里面去存钱吗，肯定不会（因为群众里面有坏人），操作系统也一样，操作系统会封装许多接口来供操作者使用，不会让操作者直接访问底层，也是怕操作者对底层结构进行破坏。

三、理解进程

1.概念

提到进程，第一反应肯定是：

那进程到底是什么呢？？？

• 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。

• 现在：进程 = 内核数据结构(Linux下是：task_struct) + 自己的程序代码和数据

操作系统会把进程先描述起来，然后再组织起来。

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（processcontrolblock），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类型，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

3.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。

• 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

4.查看进程

1. 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。

2. 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

这里写一段代码来看一下：

                                                    1 #include <stdio.h>2 #include <sys/types.h>3 #include <unistd.h>4 5 int main()6 {7     while(1)8     {9         pid_t id = getpid();10         printf("我是一个进程：pid:%d\n", id);11         sleep(1);                                                                 12     }13 14     return 0;15 }
~

在LInux系统中，新的进程往往是通过父进程创建出来的。

通过代码来看一下：

  1 #include <stdio.h>2 #include <sys/types.h>3 #include <unistd.h>4 5 int main()6 {7     while(1)8     {9         pid_t id = getpid();10         printf("我是一个进程：pid:%d, 父进程：ppid:%d\n", id, getppid());11         sleep(1);12     }                                                                            13 14     return 0;15 }

这里来看一下1109是谁

发现是bash，这里的bash进程就是命令行解释器

四、通过系统调用创建进程-fork初识

来看代码：

  1 #include <stdio.h>2 #include <sys/types.h>3 #include <unistd.h>4 5 int main()6 {7 8         printf("我是一个进程，pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());9 10         fork();11 12         printf("我是一个进程(fork())，pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());13 14         sleep(1);15 16 17      18                                                                                  10     return 0;20 }

运行结果：

可以发现，fork之后进程分成了两个，两个进程各自执行各自的，进程10114是进程10115的父进程。

fork的返回值：

成功：给父进程返回孩子的pid，给子进程返回0

失败：给父进程返回-1，没有子进程被创建。

来看一段代码：

1 #include <stdio.h>2 #include <sys/types.h>3 #include <unistd.h>4 5 int main()6 {7 8     printf("我是一父个进程，pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());9 10     pid_t id = fork();11     if(id < 0)12     {13         return 1;14     }15     else if(id == 0)16     {17         //子进程18 19          while(1)20          {21 22              printf("我是一个子进程(fork())，pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());23              sleep(1);24 25          }26     }27     else28     {29         //父进程30          while(1)31          {32 33              printf("我是一个父进程(fork())，pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());                                                                                      34              sleep(1);35 36            }37     }return 0;}

运行结果：

注意：默认情况下，fork之后，代码和数据一般都是共享的。

为什么子进程返回0，给父进程返回的是子进程的pid呢？？？

答：标识指定的子进程，未来控制特定的子进程。

fork函数，一个函数怎么可能返回两次？？？

答：因为父子各自执行各自的return。

一个id，怎么能介绍2个不同的值？？？（既 >0 又 == 0）

在以后虚拟地址的章节来解答