1.什么是管理？

那在還沒有學(xué)習(xí)進(jìn)程之前，就問大家，操作系統(tǒng)是怎么管理進(jìn)行進(jìn)程管理的呢？

很簡單，先把進(jìn)程描述起來，再把進(jìn)程組織起來！

我們拿大學(xué)為例子

• 最典型的管理者——校長
• 最典型的被管理者——學(xué)生

1.我們平時見得到校長嗎？見不到——管理者和被管理者是不需要見面的

2. 這個就引出一個新的問題，管理者在不見被管理者的情況下，如何做好的管理？

• 我們在學(xué)校就清楚，我們考試考了多少分，曠了多少節(jié)課，個人信息，校長想看都能看到
• 就算校長來見我們，也是為了獲取我們更多的信息
• 所以只要校長有足夠多的我們的信息，不見面都可以對我們進(jìn)行有效的管理
• 管理的本質(zhì)就是：通過對數(shù)據(jù)的管理，達(dá)到對人的管理

3.管理者和被管理者面都不見，管理者怎么拿到被管理者的數(shù)據(jù)呢？

• ?我們還是拿校長和學(xué)生為例
• 校長是通過老師，輔導(dǎo)員來獲取學(xué)生的數(shù)據(jù)

4.拿老師和輔導(dǎo)員是不是管理者？

• 不是，因為老師和輔導(dǎo)員只是在執(zhí)行他們該做的東西，所以他們不是真正的管理者
• 他們更多的是執(zhí)行者
• 校長相當(dāng)于操作系統(tǒng)，老師，輔導(dǎo)員相當(dāng)于驅(qū)動程序，學(xué)生相當(dāng)于被管理的軟硬件資源
• 這樣子就理解了操作系統(tǒng)怎么管理底層的軟硬件資源了

5.操作系統(tǒng)怎么管理軟硬件資源？——先描述，后組織

• 操作系統(tǒng)只需要獲取對應(yīng)的軟硬件資源的狀態(tài)數(shù)據(jù)即可，獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)的這個過程是通過驅(qū)動程序來執(zhí)行的
• 雖然每個學(xué)生的信息都不同，但是他們都有下面這些屬性——電話，姓名，身高，體重，成績，籍貫......
• 校長可以通過一個結(jié)構(gòu)體來記錄這些屬性，這樣子學(xué)生的屬性不就被描述起來了嗎！！！——這個有點像面向?qū)ο缶幊汤锏某橄蟀?/li>

• struct student
  {
  char name[20];
  int number[20];
  ...
  struct student*next;
  };

• 這樣子我們就可以使用一個結(jié)構(gòu)體對象來記錄一個學(xué)生的信息，每個學(xué)生都帶有一個指向下一個學(xué)生的結(jié)構(gòu)體指針，這樣子就很好管理了
• 這樣子校長對學(xué)生的管理工作就變成了對鏈表的增刪查改
• 校長找成績最高的同學(xué)，只需要不斷遍歷鏈表即可

• 上面這個把學(xué)生描述成結(jié)構(gòu)體的過程叫做描述的過程
• 將每個學(xué)生結(jié)構(gòu)體通過結(jié)構(gòu)體指針鏈接成一條鏈表的過程叫做組織的過程

我們的軟硬件資源被操作系統(tǒng)管理，操作系統(tǒng)通過軟硬件的數(shù)據(jù)對它進(jìn)行管理，可是軟硬件資源的數(shù)據(jù)太大，那么操作系統(tǒng)很難做管理

但是每一種設(shè)備都有共同的屬性，我們描述清楚設(shè)備的屬性，然后通過一定方法組織起來

這樣子，操作系統(tǒng)對軟硬件的管理就變成了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的管理?

管理的核心理念

1. 操作系統(tǒng)管理軟硬件資源時，必須先描述起來，再組織?
2. 在操作系統(tǒng)中，我們管理對象，最終都可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷δ撤N數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改——這個一般叫建模

3. 描述事物的方法：c語言的struct，c++的類等

   組織方式：依賴于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

這個咋這么像面向?qū)ο缶幊痰某橄?#xff01;！！c++的類，STL容器！！！這個直接給了我們提供了這樣一種描述事物的方式，這樣子就能完成對事物的統(tǒng)一管理

理解了管理的概念，我們就會知道

• 操作系統(tǒng)中注定存在大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

linux操作系統(tǒng)是c語言寫的，c語言只能用結(jié)構(gòu)體來描述對象，所以linux只能用struct來描述對象?

2.c/c++庫函數(shù)調(diào)用和系統(tǒng)調(diào)用的關(guān)系

?我們用c語言編寫了一個程序，在屏幕打印一個hello world，但是在但是屏幕是硬件，硬件是受操作系統(tǒng)管理，操作系統(tǒng)不信息任何人，所以操作系統(tǒng)肯定封裝了一個c語言函數(shù)調(diào)用接口

所以他們是上下層的調(diào)用和被調(diào)用的關(guān)系，庫函數(shù)在上，系統(tǒng)調(diào)用在下

3.進(jìn)程

1. 進(jìn)程：一個已經(jīng)加載到內(nèi)存的程序
2. 進(jìn)程：正在運行的程序
3. 進(jìn)程：任務(wù)

?我們可以查看linux的進(jìn)程

widows里面也有進(jìn)程

事實上

進(jìn)程就是內(nèi)核PCB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象+你自己的代碼和數(shù)據(jù)?

3.1.PCB?

我們知道一個操作系統(tǒng)可以同時進(jìn)行多個進(jìn)程

?

程序要運行的話，就得先把相關(guān)數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，等待cpu運行產(chǎn)生進(jìn)程，那么加載進(jìn)內(nèi)存該如何管理呢?操作系統(tǒng)需要直接面向加載到內(nèi)存中的代碼嘛？

答案是不需要。

我們可以先把進(jìn)程類比上面的學(xué)生，先描述進(jìn)程，再把它們組織起來

任何一個進(jìn)程，在加載到內(nèi)存的時候，形成真正的進(jìn)程的時候，操作系統(tǒng)，要先創(chuàng)建描述進(jìn)程的結(jié)構(gòu)體對象——PCB（process control block），也就是進(jìn)程控制塊

3.1.1.理解PCB的本質(zhì)

?人是怎么樣辨別認(rèn)識一個事物或者對象？

• 都是通過屬性認(rèn)識的

舉個例子，叫你自我介紹，你基本都是在講你的屬性——名字，興趣，才能，成就，籍貫等等

當(dāng)屬性的集合夠多的時候，你就能知道這個對應(yīng)的是什么了

比如，它是一個人，他是中國最頂級的動作明星，他是男生，他演過《十二生肖》

我們就很容易得知這個人就是成龍

同樣的我們描述進(jìn)程，就是把進(jìn)程足夠多的屬性描述起來，多到只有一個進(jìn)程與之匹配，那么我們就能將這堆足夠多的屬性集合來描述進(jìn)程，這個集合就是PCB，linux操作系統(tǒng)是c語言寫的，c語言只能用結(jié)構(gòu)體來描述對象，所以linux只能用struct來描述對象，所以PCB就是一個結(jié)構(gòu)體

這個也是面向?qū)ο缶幊痰暮诵睦砟?/p>

3.1.2.PCB的歷程/作用

1. 進(jìn)程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)先為它新建一個PCB，該結(jié)構(gòu)之后常駐內(nèi)存，任意時刻都可以存取，并在進(jìn)程結(jié)束時刪除。PCB是進(jìn)程實體的一部分，是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。
2. 進(jìn)程執(zhí)行時，系統(tǒng)通過其 PCB 了解進(jìn)程的現(xiàn)行狀態(tài)信息，以便操作系統(tǒng)對其進(jìn)行控制和管理；進(jìn)程結(jié)束時，系統(tǒng)收回其PCB，該進(jìn)程隨之消亡。

3.在進(jìn)程的整個生命期中，系統(tǒng)總是通過PCB對進(jìn)程進(jìn)行控制的，亦即系統(tǒng)唯有通過進(jìn)程的PCB才能感知到該進(jìn)程的存在。

• 當(dāng)操作系統(tǒng)欲調(diào)度某進(jìn)程運行時，要從該進(jìn)程的 PCB 中查出其現(xiàn)行狀態(tài)及優(yōu)先級；
• 在調(diào)度到某進(jìn)程后，要根據(jù)其PCB 中所保存的處理機(jī)狀態(tài)信息，設(shè)置該進(jìn)程恢復(fù)運行的現(xiàn)場，并根據(jù)其PCB中的程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址，找到其程序和數(shù)據(jù)；
• 進(jìn)程在運行過程中，當(dāng)需要和與之合作的進(jìn)程實現(xiàn)同步、通信或訪問文件時，也需要訪問 PCB；
• 當(dāng)進(jìn)程由于某種原因而暫停運行時，又需將其斷點的處理機(jī)環(huán)境保存在PCB中。

?

3.2.PCB的組織方式

在一個系統(tǒng)中，通常存在著許多進(jìn)程的PCB，有的處于就緒態(tài)，有的處于阻塞態(tài)，而且阻塞的原因各不相同。操作系統(tǒng)怎么管理這么多進(jìn)程呢？

為了方便進(jìn)程的調(diào)度和管理，需要將各進(jìn)程的PCB用適當(dāng)?shù)姆椒ńM織起來。

這樣子對進(jìn)程的管理就變成了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改

目前有下面幾種組織方式

• 1.線性表方式：不論進(jìn)程的狀態(tài)如何，將所有的PCB連續(xù)地存放在內(nèi)存的系統(tǒng)區(qū)。這種方式適用于系統(tǒng)中進(jìn)程數(shù)目不多的情況，不適合頻繁的進(jìn)程調(diào)度
• 2.索引表方式：該方式是線性表方式的改進(jìn)，系統(tǒng)按照進(jìn)程的狀態(tài)分別建立就緒索引表、阻塞索引表等。其中進(jìn)程阻塞可能由于I/O請求、申請緩沖區(qū)失敗、等待解鎖、獲取數(shù)據(jù)失敗等原因造成，將其組成一張表忽略了進(jìn)程的優(yōu)先級，不利于進(jìn)程的喚醒。

• 3.鏈接表方式：系統(tǒng)按照進(jìn)程的狀態(tài)將進(jìn)程的PCB組成隊列，從而形成就緒隊列、阻塞隊列、運行隊列等。

3.3程序段

程序段就是能被進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度到CPU執(zhí)行的程序代碼段。

3.4數(shù)據(jù)段

一個進(jìn)程的數(shù)據(jù)段，可以是進(jìn)程對應(yīng)程序加工處理的原始數(shù)據(jù)，也可以是程序執(zhí)行時候產(chǎn)生的中間或最終結(jié)果。

?4.Linux是怎么取管理進(jìn)程的？

• 課本上稱之為PCB（process control block），Linux操作系統(tǒng)下的PCB是:?task_struct?。

• task_struct是Linux內(nèi)核的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會被裝載到RAM(內(nèi)存)?里并且包含著進(jìn)程的信息。

4.1.task_ struct內(nèi)容分類

實際上這個結(jié)構(gòu)體的成員非常多，我們只列舉最主要的

1. 標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。
2. 狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等。
3. 優(yōu)先級: 相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級。
4. 程序計數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。
5. 內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
6. 上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)[休學(xué)例子，要加圖CPU，寄存器]。
7. I／O狀態(tài)信息: 包括顯示的I/O請求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。
8. 記賬信息: 可能包括處理器時間總和，使用的時鐘數(shù)總和，時間限制，記賬號等。
9. 其他信息

4.3.組織進(jìn)程

可以在內(nèi)核源代碼里找到它。

所有運行在系統(tǒng)里的進(jìn)程都以task_struct雙向鏈表的形式存在內(nèi)核里。

4.4.查看進(jìn)程

(1)進(jìn)程信息可以通過 /porc系統(tǒng)文件夾查看，具體查看那個進(jìn)程，需要得知其標(biāo)識符(PID)。

看到以下有很多的數(shù)字還是藍(lán)標(biāo)的，數(shù)字就是PID，藍(lán)標(biāo)說明這是個目錄，

?比如接下來我想看看PID為1的進(jìn)程信息。

這個信息查看的不夠詳細(xì)，所以可以帶上 -l選項查看詳細(xì)信息?

(2)用ps工具來查看

關(guān)于ps工具，咱們只需要記住，只查看自己的bash進(jìn)程選項為?-l，查看系統(tǒng)所有運行的進(jìn)程選項為aux，這個不加-。

這里可以看到，標(biāo)識符PID展示出來了，還有一個PPID，這是父進(jìn)程的PID，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)，下面的ps指令的PPID是上面bash的PID。

命令行上的命令的父進(jìn)程基本上都是bash。?