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  • Linux进程概念

    2020-11-04 17:18:09
    二、操作系统三、进程概念1.操作系统如何实现多个程序的调度运行:2.cpu如何在内存中找到每个程序呢?cpu切换调度回来的时候,如何保证能够从上一次运行的位置继续运行呢?cpu切换调度回来的时候,如何保证能够继续...


    前言

    系统编程阶段:进程概念/进程控制/基础IO/进程间通信/进程信号/多线程
    进程概念:
    冯诺依曼体系结构/操作系统/进程概念/创建进程初阶/进程状态/环境变量/程序地址空间

    一、冯诺依曼体系结构是什么?

    冯诺依曼体系结构:现代计算机的硬件体系结构
    五大硬件单元:
    输入设备:键盘
    输出设备:显示器
    存储器:内存8G
    运算器:中央处理器-CPU
    控制器:主要用来控制和指挥程序和数据的输入运行,以及处理运算结果
    在这里插入图片描述

    1.为什么不使用更大的硬盘作为存储器?

    		内存吞吐量是硬盘的几十倍
    

    2.存储数据为什么不用内存条?

    		不能持续存储,断电会丢失数据						
    

    二、操作系统

    操作系统:内核+应用
    内核:管理计算机上的软硬件资源
    应用:为了使计算机更加好用
    如何管理:理解先描述,再组织起来进行管理的思路
    在这里插入图片描述

    库函数与系统调用接口的关系:库函数封装了系统调用接口
    系统调用接口:操作系统向上提供的系统核心功能的接口

    三、进程概念

    进程:就是一个运行起来的程序

    程序:一系列有序的指令集合—就是程序员编写的代码—存储在硬盘中
    冯诺依曼–所有的数据指令想要被CPU处理,第一步就是将代码和数据加载到内存中
    在这里插入图片描述

    1.操作系统如何实现多个程序的调度运行:

    将这个运行中的程序描述起来,然后将这些描述组织起来进行管理。
    通过使用对pcb的调度管理实现对运行中程序的切换调度运行–对于操作系统来说这个描述信息-pcb就是进程

    CPU分时机制:cpu以极快的速度切换调度运行所有的程序,造成大家都在同时运行的假象

    2.cpu如何在内存中找到每个程序呢?cpu切换调度回来的时候,如何保证能够从上一次运行的位置继续运行呢?cpu切换调度回来的时候,如何保证能够继续处理上一次没有处理完的数据呢?

    进程就是pcb,是操作系统对一个运行中程序的描述,通过这个描述,实现对程序的运行调度

    这个pcb/这个描述在linux中是一个结构体–struct task_struct{…}
    描述信息:内存指针,程序计数器,上下文数据,进程标识符PID,IO信息,进程状态,记账信息…
    内存指针:用于指向程序指令数据在内存中的位置
    程序计数器/上下文数据:用于保存当前的程序的运行
    操作系统认为要运行哪个程序了,则找到对应的pcb.将pcb中保存的各种描述信息加载到cpu寄存器上
    并发:轮询处理执行
    并行:同时运行处理

    四、进程创建的初步认识

    进程就是pcb,意味着创建一个进程,就是创建一个pcb
    pid _t fork(void) – 通过复制一个调用进程(父进程)创建一个新的进程(子进程)

    1.创建了一个新的pcb,然后从父进程pcb中复制了很多数据过来

    复制的信息:内存指针,程序计数器,上下文数据。。。。。
    内存指针:子进程和父进程运行的代码其实是一样的–指向同一块物理内存中的数据以及指令
    程序计数器/上下文数据:子进程被创建出来后,运行位置与父进程是完全一样的,下一步即将执行的指令都是从创建子进程成功之后开始的
    创建一个子进程出来,跟父进程干的事情是一样的,因为他们的运行的代码和数据以及当前的运行位置都是一样的

    2.这个函数的返回值对于父子进程是不一样的

    在父进程中返回创建的子进程的pid,在子进程中返回的是0
    通常根据fork的返回值进行代码的分流,让父子进程进入不同的判断执行体完成不同的功能
    父子进程代码共享,数据独有

    fork的基本使用与返回值认识
    pid_t getpid(void) — 返回调用进程的pid–谁调用就返回谁的pid

    五、进程状态

    进程的查看:ps -ef /ps -aux

    1.进程状态:就绪/运行/阻塞

    linux下进程的状态:
    运行状态R:就绪以及正在运行 运行状态的进程才会被操作系统调度在cpu上运行
    可中断休眠态S:当前的阻塞能够被中断
    不可中断休眠态D:当前的阻塞不会被中断唤醒,等待条件满足自己醒来
    停止态T:停止运行,什么都不干 kill不掉
    僵死态Z:进程已经退出了但是资源没有完全被释放的一种状态 这是一种等待后续处理的状态

    命令:ps - aux /kill /kill -9 强制杀死进程

    2.僵尸进程

    处于僵死状态的进程,指的是进程已经退出不在运行,但是资源没有完全释放

    1.僵尸进程是怎样产生的?

    子进程先于父进程退出,但是父进程没有关注子进程的退出状态,因此子进程成为僵尸进程

    2.资源没有完全被释放是什么意思?

    因为子进程要保存退出原因

    3.僵尸进程的危害:

    资源泄露 一个用户所能创建的进程数量是有限的(查看可创建的进程操作:ulimit -a),并且资源没有完全回收会占据内存资源

    4.处理方法:

    进程等待(正规处理方法)
    退出父进程(父进程退出,子进程保存退出原因就没有意义了因此也就释放了)

    3.为什么要创建一个子进程—子进程干的事情跟父进程是一样的

    创建子进程是为了分担父进程,提高效率

    4.孤儿进程

    父进程先于子进程退出,则子进程成为孤儿进程,这个孤儿进程的父进程成为了1号进程并且这孤儿进程运行在后台,孤儿进程是不会成为僵尸进程,因为1号进程随时关注子进程退出

    守护进程:是一种特殊的孤儿进程,父进程是一号进程,运行在后台+++++与终端以及登录会话脱离关系,就是没有终端,不再受影响,守护进程通常是一种运行在系统后台的批处理程序(默默的做一些循环往复的事情)
    精灵进程:就是守护进程

    5.进程优先级:一个进程对于cpu资源获取的优先权 ---- 权级就是一个数字

    为什么要有优先级:
    交互式进程:直接与用户进行交互的进程—要求最好能够优先被cpu处理
    批处理进程:在后台默默做循环工作的进程
    优先级的作用:让操作系统运行的更加良好
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    六、环境变量

    环境变量:配置系统运行环境参数的变量
    环境变量的好处:使系统运行环境配置更加简单灵活;可以通过设置环境变量给一个进程传递参数信息
    环境变量的操作:
    查看环境变量:env(只查看环境变量) / set(查看所有变量,包含环境变量)/echo(查看单个的)
    设置环境变量:export
    删除环境变量:unset

    环境变量是具有继承特性的:子进程也拥有父进程的环境变量
    代码中环境变量的操作:
    main函数的第三个参数
    int main(int argc,char*argc[],char *env[])----env保存环境变量
    通过一个全局变量 extern char **environ; —environ保存环境变量
    char *getnev(const char *name);通过环境变量名称获取一个指定环境变量
    特性:父子进程之间的传递,子进程默认会继承父进程所拥有的全局变量–环境变量也可以用于参数的传递。
    典型:PATH-系统命令程序的默认搜索路径

    七、程序地址空间:进程的虚拟地址空间

    在这里插入图片描述

    1.程序地址空间是什么?

    地址:对内存单元的编号
    程序是不占用内存的,运行起来的程序被加载到内存,才会占用内存

    指针是什么?
    指针就是一种变量类型,定义一个指针变量, 存放地址的变量

    一个全局变量,在子进程中修改后,打印100,父进程中依然打印1
    数据不同,表示肯定没有用同一块内存空间(一块内存空间不可能存储两个数据)
    父子进程打印的数据不同但是地址却是相同的–矛盾

    实际上进程中访问的地址都是虚拟地址,而我们所说的程序地址空间实际上是一个进程的虚拟地址空间;

    2.如何虚拟一个内存空间?为什么要虚拟一个内存空间?

    虚拟地址空间其实就是一个结构体 mm_struct;----是一个对内存空间的描述—通过这个描述向进程虚拟出一个完整的,连续的内存空间

    size–表示内存大小
    code_start/code_end :描述代码段的起始与结束–通过这两个信息就可以描述一块空间

    虚拟地址空间–操作系统通过mm_struct结构体为一个进程描述的虚拟的,连续的,完整的,线性的地址空间
    为什么要描述这么一个空间?
    为了能够实现不让进程直接访问物理内存

    3.进程直接访问物理内存的危害:

    1.进程中代码数据的使用都是连续的地址,若直接使用连续的物理内存会造成内存的浪费
    2.直接访问物理内存会因为缺乏内存访问控制导致进程的不安全
    在这里插入图片描述

    4.进程使用虚拟地址空间的好处

    1.通过页表映射物理内存,可以实现进程中数据在物理内存上的离散式存储,通过这种方式提高了内存利用率
    2.在页表中可以直接针对某个地址设置这个地址的访问权限–这个地址是只读的–通过这种方式实现内存访问控制

    页表如何实现通过虚拟地址访问物理地址?—MMU
    内存管理方式:分页式内存管理/分段式内存管理/段页式内存管理

    5.分页式存储

    分页式内存管理的虚拟地址组成:页号+页内偏移
    页号:页表中页表项的编号
    页内偏移:具体一个变量首地址相较于内存页起始位置的偏移量
    物理内存块号*物理内存块大小+虚拟地址中的页内偏移=物理地址
    在这里插入图片描述

    分页式内存管理的优点:讲物理内存进行分块管理,通过页表映射实现数据在内存上的离散式存储,提高内存利用率。

    6.分段式存储

    分段式内存管理:
    地址组成:段号+段内偏移 段表 段号-物理段起始位置
    分段式内存管理:是程序员对内存的管理更加方便,将内存空间分为了代码段,初始化全局段…;什么变量就在什么段申请地址
    在这里插入图片描述

    7.段页式存储

    段页式内存管理: 先分段,在每个段内采用分页
    地址组成:段号+段内页号+页内偏移
    段表:段内页表的地址(在每一个分段内,又采用分页式管理)
    段表:段号-段内页表起始位置
    页表:页号-物理块号

    每种内存管理方式的优点,以及管理的原理
    分页式:提高了内存利用率
    分段式:便于程序员/编译器的内存管理
    段页式:集合了分页式和分段式的优点

    8.缺页中断

    内存只有8G,运行的程序和代码都是在内存中,意味着运行的程序多了,有可能内存就不够用了
    磁盘分区有两种:交换分区/文件系统分区
    交换分区:作为交换内存使用
    当内存不够用的时候,这时候,其实内存中并不是所有的数据都是活跃数据;这时候系统则会根据一定的算法,将某块内存中的数据保存到磁盘的交换分区。腾出这块内存加载新数据。
    但是每个进程的页表中记录了每一个虚拟地址对应的物理地址–如果某个虚拟页面的物理内存中的数据被交换出去了,保存到交换分区,则将这个页表项位置位缺页中断
    等待下次这个进程要访问这个被交换出去的数据的时候(注意:这个数据当前没有在内存中–保存在交换分区中),触发缺页中断,重新从交换分区将数据交换回来

    重要:什么样的数据在内存不够用的时候应该被交换出去?
    LRU算法:一种内存置换算法–最久未使用(内存不够用时会将内存中最久未使用的数据拷贝到交换分区上,腾出内存空间)

    八、总结

    程序地址空间是什么–mm_struct
    虚拟地址空间的作用:提高内存利用率;内存访问控制;提高进程独立性
    虚拟地址到物理地址的映射算法:分页式/分段式/段页式
    内存置换算法:为什么要内存置换,置换算法的思想

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  • Linux下的fork复制进程

    2020-07-22 19:24:38
    1.复制进程概念 fork创建一个进程时,子进程只是完全复制父进程的资源,复制出来的子进程有自己的task_struct结构和pid,同时复制父进程其它资源(用户空间、文件描述符集)。 2.复制进程的实现方式 当我们需要复制...

    复制进程(共享资源)

    1.复制进程的概念

    fork创建一个进程时,子进程只是完全复制父进程的资源,复制出来的子进程有自己的task_struct结构和pid,同时复制父进程其它资源(用户空间、文件描述符集)。

    2.复制进程的实现方式

    当我们需要复制一个进程时,我们就去调用fork()这这个函数,fork()这个函数就会去陷入内核去多复制一个pid出来,此时这个pid下的进程执行的程序就是子进程的。

    3.写实拷贝

    fork()是一个开销十分大的系统调用,这些开销并不是所有的情况下都是必须的,比如某进程fork()出一个子进程后,其子进程仅仅是为了调用exec执行另一个可执行文件,那么在fork()过程中对于虚存空间的复制将是一个多余的过程。但由于现在Linux中是采取了copy-on-write(COW写时复制)技术,为了降低开销,fork()最初并不会真的产生两个不同的拷贝,因为在那个时候,大量的数据其实完全是一样的。写时复制是在推迟真正的数据拷贝。若后来确实发生了写入,那意味着parent和child的数据不一致了,于是产生复制动作,每个进程拿到属于自己的那一份,这样就可以降低系统调用的开销。所以有了写时复制。

    4.fork()的返回值

    fork()执行完成之后会有两个返回值,其中父进程返回父进程的pid号,对于子进程,它会返回一个零,这就是通过fork()来执行两个进程的关键。

    5.共享代码段

    在fork之后,子进程和父进程都会继续执行fork()调用之后的指令。子进程是父进程的副本。它将获得父进程的数据空间,堆和栈的副本,这些都是副本,父子进程并不共享这部分的内存。也就是说,子进程对父进程中的同名变量进行修改并不会影响其在父进程中的值。但是父子进程又共享一些东西,简单说来就是程序的正文段。正文段存放着由cpu执行的机器指令,通常是read-only的。

    6.fork()复制进程的程序验证
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <assert.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/wait.h>
    int main()
    {
        char *s =NULL;
        int n = 0;
        pid_t pid = fork();
        assert (pid != -1);
        if(pid == 0)
        {
            s = "child";
            n = 3;
        }
        else
        {
            int val=0;
            pid_t child_id =wait(&val);
            s = "parent";
            n = 8;
    
        }
        int i = 0;
        for(;i<n;i++)
        {
            printf("pid=%d,s=%s,ppid=%d\n",getpid(),s,getppid());
            sleep(1);
        }
        exit(3);
    }
    
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  • 有关的进程概念

    2016-12-11 21:22:01
    1.进程的定义: 进程是一个具有一定独立功能的...而程序通常对应着文件,静态和可以复制。 (2)进程是暂时的,程序使长久的:进程是一个状态变化的过程,程序可长久保存。 (3)进程与程序组成不同:进程的组成包括

    1.进程的定义:

    进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动,同时也是资源分配的最小单元。

    2.进程与程序的区别:

    (1)进程是动态的,程序使静态的:程序是有序代码的集合;进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁

    移;而程序通常对应着文件,静态和可以复制。

    (2)进程是暂时的,程序使长久的:进程是一个状态变化的过程,程序可长久保存。

    (3)进程与程序组成不同:进程的组成包括程序,数据和进程控制块(即进程状态信息)。

    (4)进程与程序的对应关系:通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程

    序。

    3.进程的生命周期:

    (1)创建: 每个进程都是由其父进程创建进程可以创建子进程,子进程又可以创建子进程的子进程。

    (2)运行: 多个进程可以同时存在进程间可以通信。

    (3)撤销:进程可以被撤销,从而结束一个进程的运行。

    4.进程的状态:

    (1)执行状态:进程正在占用CPU。

    (2)就绪状态:进程已具备一切条件,正在等待分配CPU的处理时间片。

    (3)等待状态:进程不能使用CPU,若等待事件发生则可将其唤醒。

    5.Linux下的进程:

    Linux中的进程包含3个段,分别为“数据段”,“代码段”和“堆栈段”。

    “数据段”存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间;

    “代码段”存放的是程序代码的数据。

    “堆栈段”存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。

    6.进程互斥:

    进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时,任何时刻最多允许一个进程使用,其他要使用该资源的进程必

    须等待,直到占用该资源者释放了该资源为止。

    7.进程同步:

    一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。  

    具有同步关系一组并发进程称为合作进程,合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。

    8.死锁:

    多个进程因竞争资源而形成一种僵局若无外力作用,这些进程都将永远不能再向前推进。




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  • fork()复制进程

    2017-12-02 21:14:05
    fork()复制进程 1、fork()的基本概念 一个现有进程可以用fork()函数通过系统调用创建一个新进程,该函数定义如下: [cpp] view plain copy print? #include pid_t fork(void); // 返回...

    fork()复制进程

    1、fork()的基本概念

    一个现有进程可以用fork()函数通过系统调用创建一个新进程,该函数定义如下:

    1. #include <unistd.h>  
    2. pid_t fork(void);  
    3. // 返回:若成功则在子进程中返回0,在父进程中返回子进程PID,若出错则返回-1  
    #include <unistd.h>
    pid_t fork(void);
    // 返回:若成功则在子进程中返回0,在父进程中返回子进程PID,若出错则返回-1

    因此,可以通过返回值知道当前进程是父进程还是子进程。


    2、fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次,却能够返回两次,它可能有三种不同的返回值:

        1)在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;

        2)在子进程中,fork返回0;

        3)如果出现错误,fork返回一个负值-1;

        在fork函数执行完毕后,如果创建新进程成功,则出现两个进程,一个是子进程,一个是父进程。在子进程中,fork函数返回0,在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。


    3、例:


    程序的运行结果:



    4、关于fork()的面试题

    1. #include <stdio.h>  
    2. #include <stdlib.h>  
    3. #include <unistd.h>  
    4. #include <assert.h>  
    5. #include <string.h>  
    6.   
    7. int main()  
    8. {  
    9.     int i = 0;  
    10.     for( ; i < 2; i++)  
    11.     {  
    12.         fork();  
    13.         printf("A\n");  
    14.     }  
    15.   
    16.     exit(0);  
    17. }  
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <assert.h>
    #include <string.h>
    
    int main()
    {
        int i = 0;
        for( ; i < 2; i++)
        {
            fork();
            printf("A\n");
        }
    
        exit(0);
    }
    

    问题:请问上述程序会输出几个A?

    答:6个,因为加了"\n"之后不用考虑printf()函数的缓存效果,所以输出是6个。



    那么,我们把程序稍微做一些改动:

    1. #include <stdio.h>  
    2. #include <stdlib.h>  
    3. #include <unistd.h>  
    4. #include <assert.h>  
    5. #include <string.h>  
    6.   
    7. int main()  
    8. {  
    9.     int i = 0;  
    10.     for( ; i < 2; i++)  
    11.     {  
    12.         fork();  
    13.         printf("A");  
    14.     }  
    15.   
    16.     exit(0);  
    17. }  
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <assert.h>
    #include <string.h>
    
    int main()
    {
        int i = 0;
        for( ; i < 2; i++)
        {
            fork();
            printf("A");
        }
    
        exit(0);
    }

    请问上述程序会输出几个A?

    答:8个,因为没有加"\n"就要考虑printf()函数的缓冲区,所以是8个。




    补充:父进程先打开的文件经过fork复制,在子进程中仍然可以访问,并且和父进程共享文件偏移量。

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  • Mysql Classic Replication一、传统复制的组成:1、master server:用户写数据。生成binlog。2、slave server:接收master传来的binlog。应用这些binlog从而达到重现master的用户操作。二、传统复制的原理:1、...
  • 线程的概念进程是操作系统中资源管理的最小单位。线程是程序执行的最小单位。 在操作系统设计上,从进程演化出线程最主要的目的就是更好地支持多...每次创建新进程会把父进程的资源复制一份到子进程,如果创...
  • 进程篇】进程

    2019-07-24 22:08:01
    进程概念:一个正在运行的程序 pid:唯一标识一个进程/pcb:进程控制块(进程描述符),描述一个进程的属性信息的结构体 进程状态:就绪 运行 阻塞 僵死进程:1.子进程先结束,2.父进程没有调用wait获取子进程的...
  • 4.1 简介 本章关注中间件层的底层进程间通信原语,包括:套接字,消息传递,组播支持和覆盖网络。...在异步通信中,send操作是非阻塞的,只要消息被复制到本地缓冲区,发送进程就可以继续进行其他处理。
  • 进程及子进程

    2018-04-22 14:47:00
    一、什么是进程 进程概念 ... 在一个进程中产生了一个新的进程,那么产生的进程为原来进程的子进程,一个父进程可以产生多个子进程,产生子进程中windows中是将父进程复制但不一定一样,uninx中是直接...
  • 进程2

    2019-05-27 12:45:11
    进程概念: 进程时操作系统调度程序运行的灵魂 ----pcb,在linux 下是task_struct 进程查看: ps -ef ; -aux /proc(保存) getpid() 进程创建: 操作系统通过复制调用进程创建一个新的子进程 fork() 复制复制...
  • 首先是对进程的理解定义: 进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构...以上是百度的进程概念。 我的理解就是,它是程序运行的过程,
  • 《java并发编程从入门到精通》这本书详细介绍了java并发基础的概念\工作原理\编程技巧和注意事项,对java高性能并发编程有极大的参考价值,下面就结合自己对这本书的理解,进行自己学习的过程.(这本书的pdf可以在此...
  • 进程基础

    2019-08-02 15:19:53
    进程概念:进程是操作系统调度程序运行的灵魂,在操作系统中这个灵魂就是pcb–linux下是task_struct 进程查看: ps -aux -ef /proc getpid() 进程创建:—fork()—操作系统通过调用进程创建一个新的子进程 复制:复制...

空空如也

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复制进程概念