Linux_进程理解、状态与优先级(详细版)

1.进程的概念

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。

其实:进程=内核的相关管理数据结构(task_struct、页表等)+程序的代码和数据

task_struct:是描述进程的结构体,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:

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。
9、...

2.进程标识符PID

如何查看进程属性:

可以用ps ajx,也可以ls /proc(proc是一个存放进程属性的文件)
例:
ps ajx | head -1 && ps ajx |grep myproc
或
ls /proc

我们写一个程序

然后使它运行

这时我们查询PID

如果我们关闭进程后再查询,则查不到该进程打印出的PID,因为proc是实时更新的

在程序内获取PID的方法:

#include<unistd.h> //头文件

getpid();//返回该进程的PID

getppid();//返回该进程的父进程的PID

输出结果

如何杀掉进程:

kill -9 +该进程的PID

我们写一个死循环的程序,持续打印PID

然后使用kill -9 命令关闭该进程

3.系统调用创建进程:fork命令初识

fork有两个返回值:
如果返回值为0,则为子进程;
返回值大于0,则为父进程;
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)

让我们写个代码来更好的理解一下fork

运行起来

我们发现if和else if居然都运行了起来,并且在子进程中对val进行修改,父进程的val值并未改变

由此我们可以知道父子进程代码共享,且数据是独立的

4.进程状态

Linux进程状态本质就是用一个变量,取不同的值来表示;

linux进程有以下几个状态

R状态(运行状态)

一个进程已经准备就绪,可以随时被系统调度此时就是运行状态;

如果只要一个进程,cpu可以直接分配足够资源执行进程,但是,当有很多的进程被调度后,cpu的资源就不够分配 ,这时每个进程需要去竞争cpu资源,而cpu不可能同时给这么多进程分配资源;这时就要有一个运行队列(runqueue)把PCB组织起来;

进程在这个runqueue中,就是R状态

一个进程一旦持有cpu,会一直运行吗?

并不会
一个进程被拿到cpu执行时,并不是等这个进程执行完毕才切换下一个进程。
而是这多个进程在一个时间段内所有的进程都会执行(并发执行),
每个进程执行一个时间片的时间后,就会从cpu上拿下来,切换成下一个进程.(进程切换)
一个时间片通常是10ms左右

在查看进程状态时,我们会发现有x状态,也有x+状态,这是区分进程在前台执行还是在后台执行;

./process:进程在前台执行
./process &:进程在后台执行

S、D状态(休眠状态)

S状态:本质就是等待”资源“就绪,S状态可以中断;

D状态:也是一种休眠状态,不过D状态不可中断;

一个进程将1GB的数据放置到磁盘中,等待读取,我们知道外设读取速度是比较慢的,这时进程就会等待;但是在等待期间,OS内存严重不足(OS有权限来杀掉进程来释放空间的),这时如果OS看到这个等待的进程,把他杀掉,那么就会造成一个严重的问题:磁盘在读取数据时出现问题,这时它回去找调度它的进程,但是这时候发现进程没有了???就会造成这1GB数据的丢失。

如何避免这个问题?

给这个进程设置深度休眠状态,D状态,那么这个进程就不会被OS杀掉,就要等到进程自己醒来。注意D状态用kill也杀不掉,除非重启,有时要断电。

T、t状态

T状态:停止进程

t状态:遇到断点的暂停

kill -19 PID:暂停进程
kill -18 PID:继续进程

Z状态(僵尸进程)

Z状态:一个进程执行完毕,且进程也退出了,但是进程占用的资源并没有被完全释放。

让我们看下面的代码

将程序运行一段时间

子进程执行完后,父进程还在在执行

此时我们查询该进程的状态

子进程已经运行完毕,但是需要维持自己的退出信息,在自己进程的task_struct中会记录自己的退出信息,让父进程来读取,如果父进程没有读取,则该进程会一直存在。

孤儿进程

孤儿进程:父进程完成,而子进程还在执行;
孤儿进程一般由1号进程(OS本身)进行领养;

孤儿进程为什么要被OS领养?

要保证子进程被正常回收

X状态(死亡状态)

进程执行完毕,且所占用的资源全部释放;
kill -9 PID
killall 进程名

5.进程优先级

什么是优先级?

cpu资源分配的先后顺序,就是指进程的优先权(priority)。

本质是指定进程获取某种资源的先后顺序(一个或者多个简单数字)
task_struct进程控制块--->struct----->内部字段---->int prio=xxx
Linux中数字越小,优先级越高;

优先级与权限的区别

权限:能不能的问题
优先级:已经能了,获取资源的先后问题

为什么要有优先级?

进程访问的资源(cpu)始终都是有限的。
而系统中进程大部分情况都是比较多的,所以进程之间会有竞争,为了高效完成任务,更合理竞争相关资源,便具有了优先级。

Linux优先级的特点以及查看方式

PRI :代表这个进程可被执行的优先级,其值越小越早被执行
NI :代表这个进程的nice值

PRI:进程优先级

NI:进程优先级的修正数据,nice值;

新的优先级=优先级+nice值。从而达到对进程优先级动态修改的过程

注意:nice值是有范围的:[-20,19] -----40个数字,且优先级都是从80开始的;

如何修改进程的优先级?

1.top命令
2.进入top后按 'r' ,输入要修改进程的PID,在输入NI值;