初识进程（一）——操作系统，进程管理，进程状态

一、冯诺依曼体系结构

目前我们认识的计算机都是由一个个硬件组成

• 输入单元：键盘，鼠标，扫描仪等
• 输出单元：显示器，打印机
• 中央处理器（cpu）：含有运算器和控制器

关于冯诺依曼体系，必须强调几点：

• 存储器是指内存
• 不考虑缓存的情况，cpu只能对内存进行读写，不能访问外设
• 外设要输入或输出数据，也只能从内存里读取
• 所有设备都只能和内存打交道

二、操作系统（operate system）

操作系统是一个基本的程序集合，常见的操作系统有Windows，Linux，Unix，安卓等。操作系统包括

• 内核：（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
• 其他程序（函数库，shell程序等）

设计os的目的：

• 与硬件交互，管理所有的软硬件资源
• 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

定位：操作系统是一款纯正的“搞管理”的软件

• 对上：提供良好的执行环境
• 对下：进行资源管理

如何理解操作系统的“管理”？

操作系统的管理即将被管理的对象描述起来，组织起来

• 管理者：操作系统
• 被管理者：硬件
• 管理：通过数据进行
• 操作系统通过驱动程序获取硬件的数据来管理硬件，操作系统不会直接和硬件打交道

就像一个学校，校长是管理者（os），我们是被管理者（硬件），校长不会直接管理我们，而是通过辅导员等对我们进行管理。校长下达命令，由辅导员来执行（将对象组织起来）。而每个学校的数据库中都存有每个学生的信息，各学期的成绩等（将对象描述起来）

所以操作系统管理硬件就是：

1. 描述起来，用struct结构体
2. 组织起来，用链表或其他更高效的数据结构

系统调用和库函数的概念：

• 在开发角度，操作系统对外表现为一个整体，只会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，者部分由操作系统提供的接口，就叫系统调用
• 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求也比较高，所以开发者对部分系统调用进行了适度的封装，从而形成了库。
• 库是对系统操作的一层封装

vs是集成开发环境，所有的功能全都放在一起

Linux上的每个工具都是独立的一部分，（vim，gcc，gdb）

三、进程：

操作系统对进程的管理，就是将进程描述起来，将进程组织起来

基本概念：

• 程序的一个执行实例，正在执行的程序
• 担当分配系统资源（cou时间，内存）的实体

程序——加载到内存（冯诺依曼体系决定）——进程——描述起来（tack_struct）——组织起来（链表)

描述进程——PCB：

• 进程的相关信息都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
• Linux操作系统下的PCB被叫做task_struct，task_struct是Linux内核的一种数据结构，他会被价值到内存里并且包含着进程的信息

task_struct（进程控制块）的内容：

1. 标识符：每个进程都有一个标识符，可以看成是标签，用来区分其他进程
2. 状态：进程当前的任务状态，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（eip）：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的相关数据的指针，还有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，
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，使用的时钟总和，时间限制，记账号等
9. 其他信息

进程组织：

所有运行在系统里的进程都以task_struct链表（ 双链表）的形式存在在内核里

查看进程：

进程信息可以通过/proc系统文件夹查看，在Linux下用 ps -l命令可以查看当前目录下所有进程的部分信息

同样我们也可以使用top和ps这些用户级工具来获取，如获取进程

• 如：我们要获取PID为1的进程信息，需要查看/proc/1这个文件夹
• ps aux | grep 6151      或    ps axj | grep 6251
• top aux | grep 6151

获取进程的标识符：

• 进程id ：PID；getpid();
• 父进程id：PPID；getppid（）；
• 同一个程序，每次调用，进程的pid不同

下面我们通过简单的代码获取进程的标识符

通过系统调用创建进程——fork初识：

• fork有俩个返回值
• 成功：子进程返回0，父进程返回子进程的id（子进程只有一个父进程，而父进程可以有多个子进程）
• 失败：子进程返回errno，并不被创建，父进程返回-1；
• 父子进程代码共享，数据个开辟一份空间，私有一份（采用写时拷贝）
• fork之后要有if分流

进程状态：

• R运行状态：表明程序要么正在运行，要么在运行队列里
• S睡眠状态：也叫浅度睡眠，可中断睡眠，意味着等待事件完成
• D磁盘休眠状态：也叫深度睡眠，不可中断睡眠，这个状态的进程退出会等待IO的结束
• T停止状态：可以通过发送SIGSTOP信号给进程，用来停止该进程，这个被暂停的进程可以使用信号SIGCONT让进程继续进行
• X死亡状态：这个状态只是一个返回状态，任务列表中看不到这个状态的进程
• 除此之外还有僵尸进程，孤儿进程等

D状态不执行任务也不能被唤醒的状态，且不能被kill，所以如果内存中有多个D状态的进程，就会使操作系统内存不足，导致系统宕机

可以通过信号修改进程的状态：

信号：共64个

• 1~31（普通信号）
• 34~64（实时信号）

一些常用的信号：

• kill -l：查看所有信号
• kill -SIGSTOP pid
• kill -SIGCONT pid
• kill -SIGKILLpid   //9号信号——SIGKILL（尚方宝剑，可以杀死大多进程）

也可以通过信号的序号使用相应的信号

• kill -9 6233  //杀死pid = 6233的进程