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前言

本文介紹了創(chuàng)建進(jìn)程、查看進(jìn)程、進(jìn)程的狀態(tài)以及進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)相等關(guān)概念

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一、初識(shí)fork

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用fork創(chuàng)建子進(jìn)程。

1.演示

文件test.c

運(yùn)行結(jié)果：

2.介紹

fork的頭文件為unistd.h
fork的返回值：父進(jìn)程會(huì)返回子進(jìn)程的pid，子進(jìn)程返回0（一個(gè)子進(jìn)程只有一個(gè)父進(jìn)程，但是有個(gè)父進(jìn)程可以有無(wú)數(shù)個(gè)子進(jìn)程，一次要將子進(jìn)程的pid返回給父進(jìn)程，而子進(jìn)程不需要）

3.將子進(jìn)程與父進(jìn)程執(zhí)行的任務(wù)分離

根據(jù)父子進(jìn)程的返回值不同：
文件test.c

運(yùn)行結(jié)果：

4.多進(jìn)程并行

文件test.c

運(yùn)行結(jié)果：

二、進(jìn)程的狀態(tài)

1.進(jìn)程的狀態(tài)都有哪些？

進(jìn)程的狀態(tài)有很多：運(yùn)行、就緒、掛起、阻塞等等。
進(jìn)程有這么多不同的狀態(tài)，本質(zhì)上是為了滿(mǎn)足不同的運(yùn)行場(chǎng)景。
具體的進(jìn)程狀態(tài)：

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 */
};

• R運(yùn)行狀態(tài)（running）：并不意味著進(jìn)程一定在運(yùn)行狀態(tài)，他只是表明進(jìn)程在運(yùn)行隊(duì)列里。

• S睡眠狀態(tài)（sleeping）：意味著進(jìn)程正在等待時(shí)間完成（這里的睡眠也成為可中斷睡眠/淺度睡眠（interruptible sleep））。
  例子：進(jìn)程從運(yùn)行到訪問(wèn)外設(shè)再到訪問(wèn)外設(shè)完畢這段時(shí)間進(jìn)程處于睡眠狀態(tài)。

• D磁盤(pán)休眠狀態(tài)（Disk sleep）：也叫做不可中斷睡眠狀態(tài)，該狀態(tài)的進(jìn)程通常會(huì)等待I/O的結(jié)束。該進(jìn)程不能被操作系統(tǒng)kill掉。
  例子：某一個(gè)進(jìn)程向磁盤(pán)發(fā)布了寫(xiě)東西的任務(wù)（例如：要求寫(xiě)0~100到文件上），那么磁盤(pán)就會(huì)去完成這個(gè)任務(wù)，此時(shí)進(jìn)程處于等待狀態(tài)。如果恰好操作系統(tǒng)內(nèi)的資源緊缺，操作系統(tǒng)有權(quán)利自主殺掉一些不干事情的進(jìn)程（未處于運(yùn)行狀態(tài)），該進(jìn)程就會(huì)被操作系統(tǒng)殺死。由于外設(shè)的運(yùn)行速度很慢，等到外設(shè)完成任務(wù)回來(lái)尋找對(duì)應(yīng)的進(jìn)程交代任務(wù)結(jié)果時(shí)，發(fā)現(xiàn)該進(jìn)程無(wú)法被喚醒（該進(jìn)程已經(jīng)被殺死了），這就會(huì)導(dǎo)致磁盤(pán)內(nèi)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的丟失。因此，為了避免這種情況出現(xiàn)，我們將一些特殊的進(jìn)程賦予D狀態(tài)（相當(dāng)于免死金牌，避免操作系統(tǒng)將它殺死），這樣它只能等對(duì)應(yīng)的I/O完成才會(huì)重新變?yōu)槠渌麪顟B(tài)。

• T停止?fàn)顟B(tài)（stopped）：可以通過(guò)發(fā)送SIGSTOP信號(hào)給進(jìn)程來(lái)停止進(jìn)程（該進(jìn)程處于T狀態(tài)），然后可以給這個(gè)被暫停的狀態(tài)發(fā)送SIGCONT信號(hào)，讓該進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行（當(dāng)一個(gè)前臺(tái)進(jìn)程被暫停后，又被恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，前臺(tái)進(jìn)程會(huì)轉(zhuǎn)為后臺(tái)進(jìn)程，此時(shí)進(jìn)程無(wú)法被ctrl + c終止，只能用kill -9 （進(jìn)程pid）終止進(jìn)程）。

• X死亡狀態(tài)（dead）：該狀態(tài)只是一個(gè)返回狀態(tài)，不會(huì)在任務(wù)列表中看到這個(gè)狀態(tài)。

• 還有兩個(gè)特殊的狀態(tài)：僵尸狀態(tài)和孤兒狀態(tài)在后續(xù)內(nèi)容會(huì)詳細(xì)講解。

2.查看進(jìn)程的狀態(tài)

ps aux或者 ps ajx 命令可以查看進(jìn)程的狀態(tài)。

2.運(yùn)行（R）

1. 一個(gè)CPU一個(gè)運(yùn)行時(shí)隊(duì)列；
2. 讓進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行時(shí)隊(duì)列，本質(zhì)是將該進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)體放入運(yùn)行隊(duì)列中；
3. 進(jìn)程PCB在runqueue時(shí)，該進(jìn)程就是運(yùn)行狀態(tài)（R），而不是該進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)才算；（CPU很快，可以將運(yùn)行隊(duì)列中的進(jìn)程很快的過(guò)一遍，因此運(yùn)行隊(duì)列里都是處于運(yùn)行狀態(tài)）
   狀態(tài) ->進(jìn)程內(nèi)部的屬性 -> task_struct -> int(1:run ; 2:run ; 3:run ; 4:run)，進(jìn)程的狀態(tài)本質(zhì)就是進(jìn)程PCB中的一個(gè)整型值。
4. 不要以為只有CPU會(huì)被多進(jìn)程訪問(wèn)，硬件設(shè)備也是稀缺資源，也會(huì)被多進(jìn)程訪問(wèn)。
5. 所謂的進(jìn)程的不同狀態(tài)，本質(zhì)是進(jìn)程在不同的隊(duì)列中等待某種資源（將task_struct結(jié)構(gòu)體對(duì)象放入不同的的等待隊(duì)列）。

3.阻塞

1. 外設(shè)硬件的訪問(wèn)速度是很慢的（相對(duì)CPU），但是進(jìn)程或多或少都需要訪問(wèn)它，但是在多進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)硬件設(shè)備時(shí)，也只有少量的進(jìn)程（競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的）可以訪問(wèn)到它。
2. 當(dāng)有其他進(jìn)程在訪問(wèn)該設(shè)備時(shí)，其他進(jìn)程只能等待。等待中的進(jìn)程將從運(yùn)行時(shí)隊(duì)列中取出，放入該設(shè)備對(duì)應(yīng)的阻塞（等待）隊(duì)列中，此時(shí)該進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)。
3. 等到設(shè)備空余出來(lái)（沒(méi)有進(jìn)程訪問(wèn)的時(shí)候），OS會(huì)知道它好了，然后OS就會(huì)等待的該進(jìn)程的狀態(tài)由阻塞改為運(yùn)行（R），在將該進(jìn)程放入運(yùn)行時(shí)隊(duì)列即可機(jī)械運(yùn)行。

4.僵尸進(jìn)程（Z）

1.僵尸狀態(tài)概念

一個(gè)小栗子
一天，張三在路上跑步，突然路邊有一個(gè)人死亡了，張三立刻打電話(huà)給警察局，那么在這個(gè)路人死亡的那一瞬間直到警察查明他的信息以及死亡原因的這一過(guò)程就相當(dāng)于處于僵尸狀態(tài)（死了，但是別人不知道他死了）。

1. 當(dāng)子進(jìn)程退出，但是父進(jìn)程沒(méi)有（通過(guò)wait()系統(tǒng)調(diào)用）讀取子進(jìn)程的退出狀態(tài)代碼時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致子進(jìn)程處于僵尸狀態(tài)。
2. 僵尸進(jìn)程會(huì)議終止?fàn)顟B(tài)保持在進(jìn)程表中，并且一直等待父進(jìn)程讀取退出狀態(tài)代碼。
3. 因此，只要子進(jìn)程退出，父進(jìn)程還在勻稱(chēng)并且沒(méi)有讀取子進(jìn)程的狀態(tài)，子進(jìn)程就進(jìn)入僵尸狀態(tài)。

2.為什么要有僵尸狀態(tài)？

進(jìn)程被創(chuàng)建是為了完成分配給他的任務(wù)，當(dāng)然生活中有些事情需要返回結(jié)果，有些事情不需要，但是作為一個(gè)程序它無(wú)論你需不需要知道結(jié)果，它都得將任務(wù)的執(zhí)行情況返回。程序退出時(shí)不能立即釋放程序中的所有資源，而是需要保持一段時(shí)間，讓父進(jìn)程/OS讀取它的退出代碼。
退出程序和釋放程序的資源之間的一段時(shí)間程序是處于僵尸狀態(tài)（注意：僵尸狀態(tài)是一個(gè)問(wèn)題），進(jìn)程推出時(shí)沒(méi)有立即回收它的退出代碼。

3.僵尸狀態(tài)的例子

創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，讓父進(jìn)程不要退出，并且什么也不干（不回收子進(jìn)程），讓子進(jìn)程退出（exit(0)頭文件是stdlib.h），這時(shí)子進(jìn)程就處于僵尸狀態(tài)。

3.僵尸狀態(tài)的危害

1. 進(jìn)程的退出狀態(tài)必須被維持下去，因?yàn)樗嬖V它的父進(jìn)程（或者0S），你交給我的任務(wù)，我辦的怎么樣了（即，結(jié)果如何）。如果父進(jìn)程一直不讀取，子進(jìn)程就會(huì)一直處于Z狀態(tài)。
2. 維持退出狀態(tài)本身也是需要數(shù)據(jù)維護(hù)的，也屬于進(jìn)程的基本信息，因此它是保存在task_struct（PCB）中的。當(dāng)然，如果Z狀態(tài)一直不退出，該P(yáng)CB就要一直被維護(hù)。
3. 如果推廣父進(jìn)程創(chuàng)建了很多子進(jìn)程，但是不回收，是不是就會(huì)造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)（內(nèi)存泄漏）？
   數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象本身就要占內(nèi)存（C中定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量/對(duì)象，是需要在內(nèi)存的某個(gè)位置開(kāi)辟空間的）

5.孤兒進(jìn)程

那么問(wèn)題來(lái)了，如果父進(jìn)程先退出，子進(jìn)程再退出進(jìn)入Z狀態(tài)后，又該怎么辦呢？

1. 父進(jìn)程先退出的話(huà)，它的子進(jìn)程就被稱(chēng)為“孤兒進(jìn)程”。
2. 孤兒進(jìn)程會(huì)被操作系統(tǒng)的1號(hào)init進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)，它的資源由init進(jìn)程回收。

三、進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

1.優(yōu)先級(jí)概念

1.權(quán)限與優(yōu)先級(jí)

權(quán)限是限制是否可以做某事，優(yōu)先級(jí)是限制做某事的順序（先做還是后做）。

2.什么是優(yōu)先級(jí)

• 獲得某個(gè)資源的順序（是先獲得該資源還是后獲得該資源）。
• 優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程的狀態(tài)一樣本質(zhì)是是進(jìn)程PCB中的一個(gè)（或幾個(gè)）整型數(shù)字，Linux中的優(yōu)先級(jí)是用兩個(gè)整型數(shù)表示的。

3.為什么存在優(yōu)先級(jí)

因?yàn)橘Y源是有限的，但是有很多進(jìn)程都想申請(qǐng)資源。

4.特性

• 競(jìng)爭(zhēng)性：
  系統(tǒng)的進(jìn)程眾多，但是CPU資源只有少量（甚至只有一個(gè)），所以進(jìn)程之間是具有競(jìng)爭(zhēng)屬性的。為了高效完成任務(wù)，更加合理的競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)的資源，便具有了優(yōu)先級(jí)。
• 獨(dú)立性：
  多進(jìn)程運(yùn)行需要獨(dú)享各種資源，多進(jìn)程運(yùn)行期間互不干擾。
• 并行：
  多個(gè)進(jìn)程在多個(gè)CPU下，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行，這稱(chēng)之為并行。
• 并發(fā)：
  多個(gè)進(jìn)程在單個(gè)CPU下采用進(jìn)程切換（CPU采用輪轉(zhuǎn)的方式，給每個(gè)進(jìn)程一定的時(shí)間片運(yùn)行，進(jìn)行進(jìn)程切換）的方式，在一段時(shí)間內(nèi)多個(gè)進(jìn)程一同推進(jìn)，稱(chēng)之為并發(fā)。

2.查看系統(tǒng)進(jìn)程

在Linux/Unix系統(tǒng)中，用ps -la命令可以查看進(jìn)程的信息。

UID：該代表執(zhí)行者的身份
PID：該進(jìn)程的代號(hào)
PPID：該進(jìn)程是由哪個(gè)進(jìn)程發(fā)展衍生來(lái)的（即該進(jìn)程的父進(jìn)程的PID）
PRI：該進(jìn)程可被執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)
NI：該進(jìn)程的nice值

3.PRI和NI

• PRI：進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，該值越小優(yōu)先級(jí)越高；
• NI：進(jìn)程的nice值，表示進(jìn)程可以被執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)的修正數(shù)值（調(diào)節(jié)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)）
• PRI（new） = PRI（old）+ NI;
• 當(dāng)nice值為負(fù)值時(shí)，該進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)值會(huì)變小，優(yōu)先級(jí)會(huì)變高，越快被執(zhí)行；
• nice的取值范圍為-20到19，總共40個(gè)級(jí)別。

4.修改進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

在Linux中修改進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)是通過(guò)修改PRI和NI。也就是說(shuō)，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)是受到nice值的影響的，但是默認(rèn)情況下nice值為0.
新的優(yōu)先級(jí) = 老的優(yōu)先級(jí) + NI

注意：老的優(yōu)先級(jí)指80（即，一旦要修改進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，無(wú)論它之前的優(yōu)先級(jí)為多少都將老的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為80！），其中NI是nice值，他的取值范圍為[-20，19]，這意味著優(yōu)先級(jí)是有取值范圍的[80 - 20，80 + 19]。

修改進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，就是修改nice值。
命令是：

sudo top

1. 步驟1：sudo top
2. 步驟2：進(jìn)入top后，輸入r然后輸入進(jìn)程的pid（進(jìn)入該進(jìn)程），輸入要修改的nice值。

注意：調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)不代表可以隨意調(diào)整，這種做法是操作系統(tǒng)不允許的，會(huì)導(dǎo)致調(diào)度失衡，因此有一定的取值范圍。

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總結(jié)

以上就是今天要講的內(nèi)容，本文介紹了創(chuàng)建進(jìn)程、查看進(jìn)程、進(jìn)程的狀態(tài)以及進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)相等關(guān)概念。本文作者目前也是正在學(xué)習(xí)C++相關(guān)的知識(shí)，如果文章中的內(nèi)容有錯(cuò)誤或者不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟糠?#xff0c;歡迎大家在評(píng)論區(qū)指出，也歡迎大家在評(píng)論區(qū)提問(wèn)、交流。
最后，如果本篇文章對(duì)你有所啟發(fā)的話(huà)，希望可以多多支持作者，謝謝大家！