巴中网站建设有限公司,邵阳房产网,在墙外的优质网站,成都设计公司排行榜前言#xff1a; 上文我们讲到了Linux下的第一个程序#xff1a;进度条 【Linux】LInux下第一个程序#xff1a;进度条-CSDN博客 本文我们来讲一讲Linux中下一个非常重要的东西#xff1a;进程 1.冯诺依曼体系结构
我们所见的大部分计算机都是遵循的冯诺依曼体系结构… 前言 上文我们讲到了Linux下的第一个程序进度条 【Linux】LInux下第一个程序进度条-CSDN博客 本文我们来讲一讲Linux中下一个非常重要的东西进程 1.冯诺依曼体系结构
我们所见的大部分计算机都是遵循的冯诺依曼体系结构 我们的计算机都是由一个个硬件所组成的
输出设备显示器、音响、摄像头、网卡.......输入设备鼠标、键盘 、网卡.......中央处理器CPU包含运算器、控制其等等等等...... 对于冯诺依曼体系结构我们要注意以下几点
存储器其实就是我们所说的内存。相应的外存就是我们说所的磁盘输入与输出Input/OutputIO输入与输出我们要站在内存的角度来看待外设的数据流出内存叫做输入内存将数据交给输入设备叫做输出。CPU与内存CPU在数据层面上只能直接访问内存并不能直接访问硬件设备。所以一切软件的运行都想要先将其加载到内存才行。加载的本质其实是Input数据从一个设备“拷贝”到另一个设备。拷贝的效率决定了体系结构的效率。软件运行软件的运行是通过CPU执行我们的代码访问我们的数据来得以实现的。理解内存假设没有内存CPU直接从输入设备中拿去数据再交由输出设备。我们知道输入设备与输出设备的速度是远远的慢与CPU的。这就导致了不论CPU有多快都没用CPU始终要等着输入设备的数据过来才能开始处理这个设备的效率全部取决于了外设。这显然是不合理的。 而内存的出现解决了CPU与外设之间运算速度不匹配的弊端。内存会提前将输入设备中的数据拿过来尽可能的减少CPU与外设之间的速度差。 理解数据的流动 2.操作系统Operator System
2.1基本概念
任何一个计算机都包含一个最基本的程序OS操作系统
操作系统本质是一款用于管理软硬件的软件 广义的操作系统包含内核进程管理、文件管理、内存管理、驱动管理 其他程序外壳shell、函数库等等等等 狭义的操作系统包含内核 2.2设计OS的目的是什么 对下与硬件交互管理软件与硬件的资源手段 对上为应用程序提供一个良好的运行环境目的 注意
1.操作系统是封装起来的任何人都无法访问其内部只能通过操作系统给用户提供的接口既系统调用来执行功能
2.计算机上的任何操作都必须访问操作系统且只能通过调用系统接口实现。其接口本质就是函数只不过是系统提供的。
3.软硬件结构都为层状结构
4.我们的程序只要是访问了硬件比如显示器磁盘那它就必定会贯穿整个软硬件体系结构
5.我们常用的库函数printf显示器上打印信息。它也访问了硬件设置这也就意味着这个库函数底层封装了系统调用 2.3理解操作系统的“管理” 在学校的管理体系中校长是管理层辅导员是执行层而学生则是被管理者。校长拥有决策权而执行校长的决定不可能由校长亲自执行而是辅导员来。 在计算机体系中校长就相当于是操作系统。辅导员相当于是驱动程序。学生则相当于是底层硬件 “校长”应该如何管理 校长要管理学生但是校长不可能将想要管理的学生一个个都喊到办公室来。校长与学生不必见面。更合理的做法是校长通过学生册里面的信息来进行管理做出的决定交由辅导员来执行。 1.管理者与被管理者不必见面
2.管理者如何进行管理通过数据进行管理
3.既然不见面那数据从何而来通过中间层“辅导员”---驱动程序获得 “校长”管理方式进化之路
管理方式1.0 通过表格来管理学生 管理方式2.0 校长觉得表格管理太不方便了于是想使用计算机来管理信息 先通过结构体来“描述”学生的信息创建一个又一个对象来保存信息。 保存了众多学生数据又如何管理这些数据呢答案是通过数据结构来管理 以上这种管理方式被我们称作先描述再组织 那么操作系统是如何管理驱动程序、进程或者其他东西呢答案也是先描述使用类先表示属性再组织使用恰当的数据结构来进行管理。 2.4理解系统调用 1.操作系统要对上提供服务 2.操作系统不相信任何人 操作系统是为了我们更好的使用计算机。但操作系统是封装起来的任何人都不能访问其内部想要使用操作系统只能通过操作系统提供的“系统调用”。 操作系统就像银行你要存钱或者取钱都只能在银行提供的ATM机或者窗口上办理银行不可能让你自己进到银行金库里取钱或者存钱。 不论是Linux、windows还是macOS这些常见的操作系统都是用C语言写的所以“系统调用”的本质其实是C函数只不过是由操作系统提供。通过调用系统提供的C函数让操作系统执行我们想要的操作。 仅仅有“系统调用”对于不太了解操作系统的人来说上手还是太困难了。所以为了我们普通人更好的使用操作系统就有了我们所说的库、shell外壳、指令等等。这些都是在底层封装了“系统调用”以便于我们更好的使用。这二者是上下层的关系 3.进程
3.1什么是进程 我就不念叨书上晦涩难懂的定义了看不懂也没啥用。直接上图 上面我们说到了操作系统的管理方式是先描述再组织。同样的操作系统管理进程也是先使用结构体“描述”其中包含进程的所有属性再使用数据结构“组织”。 当我们运行我们的可执行程序时代码和数据会加载到内存中。此时操作系统会创建一个结构体其中包含了test.exe的所有属性。并且会有对应的指针指向对应的代码和数据。 所谓进程其实就是包含对应所有属性的结构体对象代码和数据 补充进程的创建规则是由父进程创建子进程
PCB 操作系统创建包含所有属性的结构体有一个专业的名字叫做进程控制块。简称为PCBprocess control block Linux操作系统下的PCB是task_struct。是位于内核的一种数据结构它会被装在到RAM内存中记载进程信息。 task_struct 我们知道了task_struct是一个结构体包含了进程的所有属性那么大概有那些类型的属性呢 标示符描述本进程的唯一标志pid用于区别其他进程状态表示任务状态退出代码退出信号等等优先级相对于其他进程的优先级程序计数器程序中即将被执行的下一条指令的地址内存指针包含指向代码和数据的指针以及和其他进程共享内存块的指针上下文数据进程执行时处理器的寄存器中的数据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记账信息可能包含处理器时间总和使用的时钟总和时间限制记账号等等
task_struct在linux系统中的组织方式是双向链表 3.2初见进程 首先我们先介绍一下我们初见进程认识的第一个系统调用getpid 如图getpid的功能是获得调用getpid函数的进程的标识符简称pid。包含在unistd.h库中。无需传参返回pid_t类型的值有同学可能比较疑惑pid_t是什么类型其实这是由操作系统提供的类型与C语言中的int类型一致都是整型 先编写一个简单的代码和makefile 运行成功得到具体的pid证明当前确实是进程 3.3查看进程 查看进程信息可以通过指令查看也可以通过系统文件查看 指令查看
指令ps、指令top都可以查看进程信息ps ajx可以一键查看全部进程信息但为了看我们想看的进程可以使用管道grep进行过滤 这样就看见了我们之前执行的进程信息。这里同学可能会注意到为什么grep进程也被我们查出来了这里简单说一下因为grep指令也是进程执行test关键字过滤的同时gerp进程中也有test关键字所以被一起查出来了。 我们看见了一长串的进程信息但是我们不知道这些信息分别代表什么含义。所以我们可以使用head -1指令让其显示进程信息的第一行内容 或者 同时执行左右两个指令 top指令也可以查看进程信息不过top是实时更新的 文件查看
进程信息可以通过 /proc 的系统文件进行查看 可以指定具体的进程查看其详细内容 补充 在上图我们看见就两个高亮的字符cwd和exe并且后面都跟了一个地址。 cwd表示当前工作路径current work dir。进程在启动时会记录下自己当前所在的路径
exe进程在启动时会记录可执行程序所在的路径
系统调用chdir可以修改进程的cwd 杀死进程 杀死进程有两种方式 ctrl c无脑杀死当前台运行的进程kill -9 pid杀死指定pid的进程 3.4父进程 上面我们讲到了getpid不知道大家有没有注意到在这个图里面还有一个函数叫做getppid getpid是获取当前进程的pid而getppid这是获取当前这个进程的父进程的pid。 注linux中进程的创建都是由父进程完成的。 我们可以通过代码来看看ppid 通过不断的执行杀死再次执行我们可以发现子进程的pid是不断变换的而父进程的pid则是一直不变的。我们可以通过查询父进程的pid来看看父进程到底是什么东西 查询之后我们发现父进程是一个bash bash其实就是我们所说的命令行解释器补充os会给每一个登录用户都分配一个hash如果同时登录3个用户就会分配3个bash bash是命令行解释器那其实也是一个进程我们执行的命令也是一个进程。从这里我们就可以知道我们输入指令执行对应的进程都是由bash这个父进程来创建的。 4.创建进程 在上面我们知道了我们输入指令执行的进程都是通过hash这个父进程来进行创建的。那么父进程是如何创建子进程的呢 4.1如何创建进程 创建进程主要通过系统调用fork来实现 先上代码看看具体效果 #include stdio.h
#include unistd.hint main()
{printf(执行父进程%d\n,getpid());fork();printf(执行进程%d\n,getpid());
}我们可以看见出现两个不同的pid这说明了子进程确实创建出来了。 但是为什么会有3个输出呢我们接着往下看。 4.2fork相关问题
进程创建具体逻辑 我们知道进程是由PCB代码和数据组成的。父进程创建子进程时会将自己的PCB数据拷贝给子进程然后子进程在进行相应的修改所以父子进程的PCB数据大部分都是一样的。在没有新代码加载进来时子进程是默认与父进程共享代码和数据的我们的代码就没有加载新数据 我们的代码再第一个输出后创建了子进程而子进程是和父进程共享代码的。父进程继续向下执行第二个printf输出对应内容子进程不会执行已经执行过的代码只会执行还没有执行的代码。所以子进程执行第二个printf输出对应内容。也就是我们所看到了最后输出。 fork返回值 RETURN VALUE On success, the PID of the child process is returned in the parent, and 0 is returned in the child. On failure, -1 is returned in the parent, no child process is created, and errno is set appropriately. 以上是关于fork返回值的文档描述。我们可以看到如果创建成功将会返回子进程的pid给父进程返回0给子进程。如果创建失败则返回-1给父进程。 看到这里我们可能会很震惊fork居然会返回两个值吗但事实上确实是的我们可以通过代码来验证一下。
#include stdio.h
#include unistd.hint main()
{pid_t pid fork();if(pid0){ printf(创建失败);} else if(pid 0){ //子进程printf(我是一个子进程%d,这是我的父进程%d\n,getpid(),getppid());} else if(pid 0){ printf(我是一个父进程%d,这是我的父进程%d\n,getpid(),getppid());}
} 执行代码我们可以看到同时输出了父进程和子进程这就说明了fork确实是返回了两个值。 但与此同时我们心中的疑问可能更多了。 为什么fork要给父子进程各自返回不同的值 因为子进程是由父进程创建的父进程可能同时拥有多个子进程为了区分不同的子进程父进程需要子进程的pid。 为什么fork会返回两个返回值 fork函数的功能是创建子进程执行fork函数时当子进程创建的一系列动作完成之后才会返回pid。 也就是说返回pid之前子进程就已经创建完成了并且已经放入调度队列中开始执行了上面我们讲到过子进程只会执行还没有执行过的程序而恰恰return pid就是还没有执行的程序所以父进程执行return子进程也会执行return。 这就是为什么fork会返回两个返回值的原因。 为什么同一个变量既满足等于0又满足大于0 先说结论因为进程具有独立性互不影响 我们可能疑惑虽然说fork返回了两个值但是都是返回给变量pid。按我们以前的理解pid应该会进行覆盖最后只会满足一个条件。但是为什么两个if条件都满足呢 首先我们知道在我们当前这个代码中父子进程是共享代码和数据的。共享代码自然是好理解的父子进程对代码只有读权限没有写权限是不能修改代码的。 但是数据呢假设父进程中有变量a为10但是如果子进程中要对a进行修改的话岂不是乱套了 所以在不修改数据的情况下操作系统默认是父子进程共享数据的。但当要修改数据时操作系统就进行“写时拷贝”。具体是将需要修改的数据在底层拷贝一份让目标进程修改拷贝的变量。 所以虽然我们这里的父子进程代码是共享的但是当fork返回不同的值时操作系统会进行“写时拷贝”形成父子进程独立的变量pid。父进程执行代码读取的数据与子进程执行代码读取的数据是不同的。 所以最后我们才会看到同时执行了两个输出 由此便解决了我们上述代码中的所有问题
