這篇文章談?wù)?span style="background-color:#dad5e9;">linux中的進(jìn)程管理。

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要理解進(jìn)程管理，重要的是周邊問題，一定要知其然，知其所以然?？?span style="background-color:#6eaad7;">下方目錄就知道都是干貨！

目錄

1.什么是進(jìn)程管理?

2.為什么要有進(jìn)程管理?

3.如何對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理?

(1)描述進(jìn)程

(2)組織進(jìn)程

4.查看系統(tǒng)中的進(jìn)程

(1)命令查看

(2)文件查看

5.創(chuàng)建進(jìn)程的兩種方式

(1)./運(yùn)行一個(gè)程序

(2)通過代碼創(chuàng)建

6.父子進(jìn)程與fork()

(1)父子關(guān)系

(2)系統(tǒng)調(diào)用fork()

(3)fork()原理

1.fork()干了什么事?

2.為什么fork()會(huì)有兩個(gè)返回值?

3.為什么fork()給父進(jìn)程返回子進(jìn)程pid，給子進(jìn)程返回0?

4.fork()之后，父子進(jìn)程誰先運(yùn)行?

5.如何理解同一個(gè)變量會(huì)有不同的值?

6.重新理解fork()

7.進(jìn)程狀態(tài)

(1)一般操作系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)

1.運(yùn)行狀態(tài)

2.阻塞狀態(tài)

3.阻塞掛起和swap分區(qū)

(2)linux的進(jìn)程狀態(tài)

linux進(jìn)程的休眠狀態(tài)

linux僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程

8.進(jìn)程狀態(tài)切換

CUP運(yùn)行隊(duì)列中的進(jìn)程如何調(diào)度?

9.進(jìn)程的性質(zhì)

1.進(jìn)程的競(jìng)爭(zhēng)性

2.進(jìn)程的獨(dú)立性

3.進(jìn)程的并行、并發(fā)

10.進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片

11.進(jìn)程間切換

12.linux內(nèi)核2.61CPU運(yùn)行隊(duì)列窺視(綜合理解!)

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1.什么是進(jìn)程管理?

OS內(nèi)核中有內(nèi)存管理，進(jìn)程管理，文件管理，驅(qū)動(dòng)管理，OS將這四樣管理起來才基本可以實(shí)現(xiàn)硬件和數(shù)據(jù)的自由調(diào)控，才可成為一個(gè)優(yōu)質(zhì)內(nèi)核。

2.為什么要有進(jìn)程管理?

要知道為什么要有進(jìn)程管理，首先要知道進(jìn)程是什么東西，這里給出進(jìn)程的定義。

進(jìn)程的定義：程序的一個(gè)執(zhí)行實(shí)例，加載到內(nèi)存中的程序，即正在執(zhí)行的程序。進(jìn)程是操作系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的基本單元，也是分配資源、處理數(shù)據(jù)和被調(diào)度的基本單元。更加通俗的理解：操作系統(tǒng)要做事情，進(jìn)程就是一件又一件的"事情"。

3.如何對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理?

在哲學(xué)的范疇，管理的本質(zhì)是對(duì)數(shù)據(jù)的管理，而非對(duì)具體對(duì)象的管理。管理的策略是：先描述，再組織。即先將被管理對(duì)象進(jìn)行建模描述為抽象類型，再想好如何將每個(gè)被管理對(duì)象組織起來。

操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的管理也是如此：

描述進(jìn)程、組織進(jìn)程

(1)描述進(jìn)程

在操作系統(tǒng)中，經(jīng)常將描述進(jìn)程的類稱為PCB(process?control block)。進(jìn)程的屬性有很多：比如pid，ppid(父進(jìn)程pid)，stat(進(jìn)程狀態(tài))，進(jìn)程優(yōu)先級(jí)等等。后續(xù)慢慢學(xué)習(xí)······

struct PCB
{int pid;int ppid;int stat;......
};

(2)組織進(jìn)程

進(jìn)程的組織就是用高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將進(jìn)程對(duì)象組織起來，操作系統(tǒng)一般用雙向鏈表將進(jìn)程的PCB對(duì)象組織起來。

4.查看系統(tǒng)中的進(jìn)程

(1)命令查看

ps ajx //查看當(dāng)前所有進(jìn)程
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mybin//查看指定進(jìn)程mybin

(2)文件查看

在根目錄下的proc目錄中有當(dāng)前存在的所有進(jìn)程，因此這個(gè)目錄是動(dòng)態(tài)的。

這個(gè)目錄里的各個(gè)數(shù)字目錄，就是以各個(gè)進(jìn)程的pid命名的。目錄里面放的就是進(jìn)程PCB對(duì)象的各種屬性。?

5.創(chuàng)建進(jìn)程的兩種方式

(1)./運(yùn)行一個(gè)程序

本質(zhì)：將磁盤上的可執(zhí)行程序代碼和數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存當(dāng)中，為這個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建PCB對(duì)象，將PCB對(duì)象鏈入內(nèi)存中管理PCB對(duì)象的雙鏈表中。（重點(diǎn)）

(2)通過代碼創(chuàng)建

使用fork()函數(shù)創(chuàng)建當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程。

6.父子進(jìn)程與fork()

(1)父子關(guān)系

進(jìn)程是有父子關(guān)系的，在一個(gè)進(jìn)程中創(chuàng)建出新的進(jìn)程，這個(gè)新的進(jìn)程就被叫做那個(gè)進(jìn)程的子進(jìn)程。那個(gè)進(jìn)程叫做新的進(jìn)程的父進(jìn)程。

(2)系統(tǒng)調(diào)用fork()

fork()是一個(gè)進(jìn)程通過代碼創(chuàng)建子進(jìn)程的時(shí)候，所調(diào)用的系統(tǒng)接口。通過fork()函數(shù)，在fork()下一行處會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，這個(gè)子進(jìn)程和父進(jìn)程共同執(zhí)行接下來的代碼。

如圖：

./mybin運(yùn)行之后?

體現(xiàn)出了fork()之后，?子進(jìn)程和父進(jìn)程兩個(gè)執(zhí)行流分別執(zhí)行接下來的代碼。

fork()函數(shù)

頭文件#include<unistd.h>

返回值:父進(jìn)程返回子進(jìn)程pid，子進(jìn)程返回0。

(3)fork()原理

1.fork()干了什么事?

現(xiàn)象：fork()是系統(tǒng)接口，fork()之后會(huì)為父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程，父子進(jìn)程兩個(gè)執(zhí)行流共同執(zhí)行fork()之后的代碼。

本質(zhì)：進(jìn)程的創(chuàng)建，本質(zhì)是將可執(zhí)行程序代碼和數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，創(chuàng)建PCB對(duì)象，再將PCB對(duì)象鏈接到管理PCB對(duì)象的雙向鏈表中。父進(jìn)程中使用fork()創(chuàng)建進(jìn)程本質(zhì)是：以父進(jìn)程PCB為模板創(chuàng)建子進(jìn)程PCB，由于子進(jìn)程沒有從磁盤中加載代碼和數(shù)據(jù)，子進(jìn)程的PCB只能指向父進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)，因此父子進(jìn)程共享代碼子進(jìn)程可以看到父進(jìn)程的全部代碼，由于進(jìn)程的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)會(huì)以寫時(shí)拷貝的方式給到子進(jìn)程。

2.為什么fork()會(huì)有兩個(gè)返回值?

fork()函數(shù)在return x 之前，子進(jìn)程就被創(chuàng)建出來了，所以不要把fork()看成一個(gè)整體，return之后父子進(jìn)程兩個(gè)執(zhí)行流共同執(zhí)行接下來的代碼，return也被父子進(jìn)程以不同的值返回兩次。

3.為什么fork()給父進(jìn)程返回子進(jìn)程pid，給子進(jìn)程返回0?

給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pid，是為了讓父進(jìn)程較好的控制管理子進(jìn)程，所以返回子進(jìn)程的pid讓父進(jìn)程進(jìn)行控制。子進(jìn)程只需要確認(rèn)自己創(chuàng)建成功與否，所以返回0。

4.fork()之后，父子進(jìn)程誰先運(yùn)行?

fork()后，父子進(jìn)程都會(huì)進(jìn)入CPU的執(zhí)行隊(duì)列中被調(diào)度，需要依賴進(jìn)程PCB的調(diào)度優(yōu)先級(jí)和調(diào)度器算法。

5.如何理解同一個(gè)變量會(huì)有不同的值?

父子進(jìn)程共享代碼，但是要保證進(jìn)程的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)不能共享，所以數(shù)據(jù)會(huì)以寫時(shí)拷貝的方式拷貝給子進(jìn)程，return兩個(gè)值本質(zhì)是寫兩次數(shù)據(jù)，子進(jìn)程的數(shù)據(jù)就要寫時(shí)拷貝。因此父子進(jìn)程都有自己存儲(chǔ)返回值的變量。

6.重新理解fork()

7.進(jìn)程狀態(tài)

(1)一般操作系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)

進(jìn)程的狀態(tài)指的是一個(gè)進(jìn)程處在內(nèi)存中某個(gè)PCB隊(duì)列中所體現(xiàn)出來的狀態(tài)。進(jìn)程的狀態(tài)是為了更好的讓操作系統(tǒng)得知每個(gè)進(jìn)程的實(shí)時(shí)情況所設(shè)定的。進(jìn)程可以在很多PCB隊(duì)列中進(jìn)行排隊(duì)。進(jìn)程狀態(tài)是PCB中的一個(gè)屬性，是一個(gè)int類型的值，來表示這個(gè)進(jìn)程目前的狀態(tài)。

1.運(yùn)行狀態(tài)

我們把進(jìn)程的PCB在CPU的運(yùn)行隊(duì)列中排隊(duì)的狀態(tài)認(rèn)定為運(yùn)行狀態(tài)。在CPU運(yùn)行隊(duì)列的進(jìn)程準(zhǔn)備被調(diào)度(取決于調(diào)度器算法)。

2.阻塞狀態(tài)

當(dāng)我們的進(jìn)程在CPU的運(yùn)行隊(duì)列中被調(diào)度的時(shí)候，這個(gè)進(jìn)程開始讓CPU來執(zhí)行它的可執(zhí)行程序，這個(gè)可執(zhí)行程序勢(shì)必或多或少會(huì)訪問到操作系統(tǒng)中的軟硬件資源，如果此時(shí)要訪問的軟硬件資源還沒有到位，那么這個(gè)進(jìn)程的PCB就會(huì)從CPU的運(yùn)行隊(duì)列上剝離，去到軟硬件資源的等待隊(duì)列中排隊(duì)，此時(shí)這個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)被設(shè)置為阻塞狀態(tài)！

3.阻塞掛起和swap分區(qū)

硬件阻塞

當(dāng)我們的進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)，進(jìn)程的PCB在對(duì)應(yīng)軟硬件資源的等待隊(duì)列中排隊(duì)，此時(shí)這個(gè)進(jìn)程的代碼數(shù)據(jù)和PCB都在內(nèi)存中占用著資源，但是這個(gè)進(jìn)程暫時(shí)不需要被調(diào)度，如果此時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)存資源嚴(yán)重不足，就會(huì)把這個(gè)進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)交換到磁盤中的swap分區(qū)中，為內(nèi)存騰出空間。此時(shí)進(jìn)程就處于阻塞掛起狀態(tài)。當(dāng)軟硬件資源就緒時(shí)，操作系統(tǒng)再把這部分代碼和數(shù)據(jù)喚回內(nèi)存中，此時(shí)進(jìn)程再?gòu)能浻布Y源的等待隊(duì)列中剝離到CPU的運(yùn)行隊(duì)列中排隊(duì)。

軟件阻塞

用linux調(diào)試代碼工具gdb來解釋一下就是，gdb在調(diào)試程序的過程中要根據(jù)斷點(diǎn)來追蹤、暫停進(jìn)程，要想調(diào)試一個(gè)程序的代碼，gdb和這個(gè)程序必須都加載到內(nèi)存當(dāng)中成為進(jìn)程，CPU執(zhí)行代碼遇到斷點(diǎn)進(jìn)程就被阻塞了，需要等待gdb這個(gè)進(jìn)程的繼續(xù)操作，此時(shí)這個(gè)進(jìn)程就需要等待軟件資源gdb的響應(yīng)，而gdb又要等待諸如鍵盤的響應(yīng)，所以進(jìn)程的PCB到gdb這個(gè)進(jìn)程的PCB里的等待隊(duì)列里排隊(duì)，gdb這個(gè)進(jìn)程PCB又到鍵盤的等待隊(duì)列里排隊(duì)。當(dāng)鍵盤響應(yīng)gdb，gdb的PCB又到CPU的運(yùn)行隊(duì)列里排隊(duì)，待調(diào)試代碼的進(jìn)程也到CPU的運(yùn)行隊(duì)列里排隊(duì)。

(2)linux的進(jìn)程狀態(tài)

linux進(jìn)程狀態(tài)主要有一下幾種：

static const char * const task_state_array[] =
{"R (running)", /* 0 */  //運(yùn)行狀態(tài)"S (sleeping)", /* 1 */   //休眠狀態(tài)"D (disk sleep)", /* 2 */   //深度休眠狀態(tài)"T (stopped)", /* 4 */    //暫停狀態(tài)"t (tracing stop)", /* 8 */   //追蹤暫停狀態(tài)"X (dead)", /* 16 */    //死亡狀態(tài)"Z (zombie)", /* 32 */   //僵尸狀態(tài)
};

linux進(jìn)程的休眠狀態(tài)

本質(zhì)就是阻塞狀態(tài)(可以隨時(shí)被終止)。這里還有一個(gè)深度休眠狀態(tài)disk sleep(磁盤休眠)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在向磁盤上寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，這個(gè)進(jìn)程需要等待磁盤寫入完畢，并把寫入結(jié)果返回給進(jìn)程PCB，由于這個(gè)過程中進(jìn)程不可被終止（防止數(shù)據(jù)丟失）此時(shí)這個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)就是深度休眠狀態(tài)。

linux僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的可執(zhí)行程序已經(jīng)在CPU上跑完了，這個(gè)進(jìn)程的生命周期就結(jié)束了，此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)先將這個(gè)進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)進(jìn)行釋放，暫時(shí)不會(huì)釋放這個(gè)進(jìn)程的PCB。為什么？由于進(jìn)程退出時(shí)的退出信息會(huì)保存在進(jìn)程的PCB中，而操作性系統(tǒng)或者父進(jìn)程要得知進(jìn)程的退出原因（任務(wù)完成情況），所以要在父進(jìn)程或者操作系統(tǒng)讀取到退出信息之后，進(jìn)程才能完全銷毀，將進(jìn)程PCB也釋放。linux規(guī)定：進(jìn)程在退出后，進(jìn)程的PCB還沒有被父進(jìn)程或者操作系統(tǒng)讀取到，進(jìn)程還沒有完全退出的進(jìn)程狀態(tài)為僵尸狀態(tài)。如果進(jìn)程一直處于僵尸狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露的問題。

上面所說，進(jìn)程在退出時(shí)，PCB是由父進(jìn)程來回收的。那么，如果進(jìn)程退出前，父進(jìn)程就已經(jīng)退出了，那這個(gè)進(jìn)程的PCB就沒有相應(yīng)的進(jìn)程來回收了，此時(shí)進(jìn)程的狀態(tài)成為孤兒狀態(tài)。

8.進(jìn)程狀態(tài)切換

切換本質(zhì) : 進(jìn)程的狀態(tài)切換，本質(zhì)就是進(jìn)程的PCB在不同隊(duì)列中做不停的跳轉(zhuǎn)。

CUP運(yùn)行隊(duì)列中的進(jìn)程如何調(diào)度?

9.進(jìn)程的性質(zhì)

1.進(jìn)程的競(jìng)爭(zhēng)性

系統(tǒng)進(jìn)程眾多，而CPU資源只有少數(shù)，甚至一個(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)，合理競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)資源，便有了進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片已經(jīng)調(diào)度器算法。

2.進(jìn)程的獨(dú)立性

各個(gè)進(jìn)程運(yùn)行期間互不干擾，各自獨(dú)立。

3.進(jìn)程的并行、并發(fā)

并行：多個(gè)進(jìn)程分別在多個(gè)CPU上同時(shí)運(yùn)行。

并發(fā)：多個(gè)進(jìn)程在單個(gè)CPU上采取進(jìn)程切換的方式，在一段時(shí)間內(nèi)讓多個(gè)進(jìn)程都得以推進(jìn)。

不要用人的感知來感受CPU的處理速度，例如每個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片是0.0001秒，CPU就執(zhí)行每個(gè)進(jìn)程0.0001秒，在一秒的時(shí)間內(nèi)，上百個(gè)進(jìn)程，每個(gè)都被CPU推進(jìn)了100次！CPU的運(yùn)行速度之快，決定了進(jìn)程并發(fā)的可行性。

10.進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片

linux進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)范圍是60-99，默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為80。優(yōu)先級(jí)由默認(rèn)優(yōu)先級(jí)和nice值共同決定，例如：創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為80，同時(shí)把nice設(shè)置為10，進(jìn)程的最終優(yōu)先級(jí)為80+nice=90。

時(shí)間片決定了一個(gè)進(jìn)程每次使用CPU資源的最大時(shí)間限度。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程使用CPU資源的時(shí)間超過時(shí)間片，進(jìn)程就會(huì)自動(dòng)剝離，等待下次被調(diào)度。

11.進(jìn)程間切換

進(jìn)程間切換指的是進(jìn)程PCB在CPU運(yùn)行隊(duì)列中，上、下的反復(fù)過程。下去的進(jìn)程要打包帶走自己的寄存器數(shù)據(jù)，上來的進(jìn)程要將自己的寄存器數(shù)據(jù)拷貝給寄存器硬件。

12.linux內(nèi)核2.61CPU運(yùn)行隊(duì)列窺視(綜合理解!)

現(xiàn)在執(zhí)行一個(gè)可執(zhí)行程序mybin。

./mybin

?一個(gè)進(jìn)程的一生開始了！

1.此時(shí)，操作系統(tǒng)在內(nèi)存中創(chuàng)建這個(gè)可執(zhí)行程序的PCB，并把磁盤上的代碼和數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存中。

2.PCB放入CPU運(yùn)行隊(duì)列中的過期隊(duì)列中等待被調(diào)度。需要等待活躍隊(duì)列中的PCB全部剝離，PCB剝離需要同時(shí)帶走自己的寄存器數(shù)據(jù)保存在自己的PCB中。

3.活躍隊(duì)列中的PCB全部剝離，swap兩隊(duì)列的指針，開始按照優(yōu)先級(jí)執(zhí)行活躍隊(duì)列(原過期隊(duì)列)中的進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程讓CPU執(zhí)行，需要把PCB內(nèi)的寄存器數(shù)據(jù)拷貝給寄存器。

4.該你執(zhí)行了，CPU開始執(zhí)行代碼，代碼中要訪問軟硬件資源但沒有就緒，阻塞！PCB進(jìn)入對(duì)應(yīng)的等待隊(duì)列。(剝離時(shí)帶走自己的寄存器數(shù)據(jù))

5.軟硬件資源就緒，PCB被喚回CPU運(yùn)行隊(duì)列中的過期隊(duì)列中等待被調(diào)度。

6.又輪到你了，將寄存器數(shù)據(jù)交給寄存器，繼續(xù)從上次阻塞的地方開始執(zhí)行。

7.時(shí)間片到了，剝離到過期隊(duì)列中。

8.活躍隊(duì)列中的PCB全部剝離，再swap兩隊(duì)列的指針。CPU開始執(zhí)行過期隊(duì)列中的進(jìn)程。

9.又輪到你了，這次CPU在時(shí)間片結(jié)束時(shí)間內(nèi)把代碼執(zhí)行完了，進(jìn)程將要結(jié)束了。

10.父進(jìn)程把你的代碼和數(shù)據(jù)釋放，將PCB內(nèi)的退出數(shù)據(jù)讀取完畢，把PCB也釋放。進(jìn)程Z狀態(tài)。

本次分享就到這里，如果對(duì)大家有用的話，希望程序猿們可以三連支持一下，會(huì)繼續(xù)分享知識(shí)，加油！