自己的卡盟网站怎么做分站,用织梦后台修改网站logo,免费ppt模板的软件,哪家网站建设目录 进程优先级基本概念查看系统进程PRI and NIPRI vs NI修改进程优先级的命令renice修改优先级进程其他概念 环境变量基本概念查看环境变量方法常见环境变量PATHHOMESHELL 查看环境变量环境变量相关的命令 环境变量特征命令行参数main函数中的俩个参数 argc argvmain函数的第… 目录 进程优先级基本概念查看系统进程PRI and NIPRI vs NI修改进程优先级的命令renice修改优先级进程其他概念 环境变量基本概念查看环境变量方法常见环境变量PATHHOMESHELL 查看环境变量环境变量相关的命令 环境变量特征命令行参数main函数中的俩个参数 argc argvmain函数的第三个参数env——全局性验证环境变量的组织方式 内建命令程序地址空间回顾fork变量问题进程地址空间fork变量问题原因进程地址空间本质为什么要有进程地址空间 进程优先级
系统进程数目众多而CPU资源只有少量甚至1个所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务更合理竞争相关资源便具有了优先级。
基本概念 cpu资源分配的先后顺序就是指进程的优先权priority。优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用可以改善系统性能。还可以把进程运行到指定的CPU上这样一来把不重要的进程安排到某个CPU可以大大改善系统整体性能。 查看系统进程
在linux或者unix系统中使用ps al查看命令则会类似输出以下几个内容。 我们很容易注意到其中的几个重要信息有下 UID : 代表执行者的身份 PID : 代表这个进程的代号 PPID 代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的亦即父进程的代号 PRI 代表这个进程可被执行的优先级其值越小越早被执行 NI 代表这个进程的nice值 UID 其中在Linux中系统是通过编号来识别文件用户等信息的如上图1001即是用户的编号。
PRI and NI PRI也还是比较好理解的即进程的优先级或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序此值越小进程的优先级别越高那NI呢?就是我们所要说的nice值了其表示进程可被执行的优先级的修正数值PRI值越小越快被执行那么加入nice值后将会使得PRI变为PRI(new)PRI(old)nice这样当nice值为负值的时候那么该程序将会优先级值将变小即其优先级会变高则其越快被执行所以调整进程优先级在Linux下就是调整进程nice值nice其取值范围是-20至19一共40个级别 PRI vs NI 需要强调一点的是进程的nice值不是进程的优先级他们不是一个概念但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据 修改进程优先级的命令
用top命令更改已存在进程的nice来更改进程优先级。
top进入top后按“r”–输入进程PID–输入nice值。
当前myproc进程的优先级 查看myproc进程指令
ps al|head -1ps al|grep myproc|grep -v grep使用top命令进入查看进程再输入r然后输入要修改进程的PID 最后输入要调整的nice值 注意我们这里输入的值是100。 最后查看修改后的进程优先级。 nice值确实修改了对应的PRI值也对应变化了但nice值却不是我们输入的100所以可以看出nice值的修改确实是有范围要求的。其范围为[20, -19]。
而且每次调整NI值都会从原本的PRI值开始加减NI值 如当前的PRI为30现在将NI调整为19那么新的PRI旧PRI值NI值201939而不是301949。旧PRI为最初的PRI值当前版本下为20。 由于版本不同大家的PRI值有可能不一样但是NI的调整范围是一样的。NI有调整范围是因为Linux还是奉行不相信用户的原则不能让用户过渡调整优先级因为当操作系统运行起来后还有许多系统内部的进程如果我们可以随意将我们自己创建出来的进程的优先级设置先于系统的进程我们的进程可能就会霸占原来属于系统进程的资源这时候就容易会造成进程饥饿问题
renice修改优先级进程
我们也可以使用renice对进程优先级调整。 用法renice nice值 进程PID
注意调整进程优先级时将NI值调为负值需要使用sudo命令提升权限
其他概念
竞争性: 系统进程数目众多而CPU资源只有少量甚至1个所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务更合理竞争相关资源便具有了优先级。独立性: 多进程运行需要独享各种资源多进程运行期间互不干扰。并行: 多个进程在多个CPU下分别同时进行运行这称之为并行。并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式在一段时间之内让多个进程都得以推进称之为并发。 这里对基于时间片轮转的进程切换简要描述。 当需要运行多个进程时如一边打游戏一边听歌CPU在一个时间点只能运行一个进程所以基于时间片轮换切换进程的方法当要将一个进程切换为另一个进程时需要先将当前进程在CPU的上下文信息也就是需要知道当前进程运行到哪了以便下次再切换到该进程时得以继续从上次运行的位置开始运行这也是为什么觉得是多个进程一起运行的假象保存到PCB对象中以便下次切换到该进程时将上下文恢复到CPU中。
环境变量
基本概念
环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。如我们在编写C/C代码的时候在链接的时候从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里但是照样可以链接成功生成可执行程序原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。环境变量通常具有某些特殊用途还有在系统当中通常具有全局特性。
查看环境变量方法
echo $NAME //NAME:你的环境变量名称加上$才能输出变量的内容否则就是它的名字。
常见环境变量
PATH PATH : 指定命令的搜索路径 我们曾在指令介绍一文中讲过指令的本质就是一个个的可执行程序只不过其在对应的系统路径中所以不需要.来执行。
查看PATH环境变量发现路径间用:分隔以上就是我们输入指令后PATH环境变量会帮助我们找到其可执行程序所在路径。
所以我们如果想让我们自己的可执行程序按照指令的方法执行不用.来执行有以下两种方法
将我们的可执行程序加到PATH其中一个路径中 如“/usr/bin 将我们的可执行程序的所处路径加到PATH中。 修改PATH的方法PATH$PATH:添加的路径该修改方法是覆盖式的所以把原本的路径也加上不然本来的系统指令就用不了了。 如果不小心改错了也不用担心重新登陆即可。 HOME HOME: 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录) 不同用户的家目录是不同的该信息保存在HOME这个环境变量中。
普通用户 超级用户
SHELL SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。 我们平时所敲的指令都是通过命令行解释器SHELL可理解为媒婆向操作系统发送指令的但在Linux当中有许多种命令行解释器例如bash、sh王姓媒婆陈姓媒婆我们可以通过查看环境变量SHELL来知道自己当前所用的命令行解释器的种类。
查看环境变量
使用env查看全部环境变量 可以看到有众多的环境变量包括刚才介绍的PATH,HOME,SHELL。 除此之外还有
环境变量名内容HOSTNAME主机名HISTSIZE记录历史命令的条数SSH_TTY当前终端文件USER当前用户PWD当前所处路径
SSH_TTY 向指定终端文件输出 Linux下一切皆文件SSH_TTY就是对应终端文件
PWD与OLDPWD 这两个环境变量记录当前路径和上一路径有了PWD我们的指令pwd就是依赖它实现的而cd -这一返回上一路径指令就是依靠OLDPWD完成的。
系统调用接口——getenv 获取指定的环境变量并将该环境变量返回。
USER USER该环境变量记录用户是谁。 以下测试让不同用户跑同一份代码看看获取的USER是谁。
#includestdio.h
#includestdlib.hint main()
{printf(who am i:%s\n,getenv(USER));return 0;
} 可以看到不同用户跑一份代码其结果不一样。这就是环境变量USER起的作用。
环境变量相关的命令
echo: 显示某个环境变量值 前面已经进行过介绍了 export: 设置一个新的环境变量 namevalue这种形式只能定义本地变量如若要新增一个环境变量需要在前面加export myproc中使用getenv查找环境变量my_value。 env: 显示所有环境变量 unset: 清除环境变量 set: 显示本地定义的shell变量和环境变量 一般搭配管道|和grep使用
环境变量特征
有了以上例子我们再回顾什么是环境变量这一问题 环境变量是系统提供的一组namevalue形式的变量不同的用户有对应的环境变量通常具有全局性。 全局性可以理解为可以被子进程继承
除环境变量外还可以定义本地变量。 与本次登录有关的变量只在本次登录内有效。 可以看到本地变量确实不能被getenv函数找到仅在当前命令行有效不能被子进程继承没有全局属性。
那么怎么证明全局变量具有全局性——即可以被子进程继承呢
命令行参数
在验证环境变量具有全局性前我们再了解一个知识点——命令行参数。
main函数中的俩个参数 argc argv
我们平时写的代码都是从main函数开始对吧
int mian()
{//codereturn 0;
}但你知道main函数是可以带参的吗如以下代码
int main(int argc, char* argv[])
{ int i0; for(;iargc;i) { printf(argv[i]-%s\n,argv[i]); }return 0;
}argc: 记录了argv中的数据个数argv: 保存了命令行参数 我们都知道是函数就可以传参main函数也不例外而我们在命令行输入的指令本质上就是在向main函数传参而char*argv[]本质是一个字符指针数组叫做命令行参数表该表就是将在命令行输入的指令当作字符一样存放起来argc:用来记录了argv中的数据个数。
命令行参数表最后一位为NULL
但这就完了吗这也和环境变量扯不上关系啊
main函数的第三个参数env——全局性验证
实际上main函数除了argc和argv两个参数还有第三个参数char*env[],这就是环境变量表它和命令行参数表是一样的。 代码如下
int main(int argc, char* argv[],char* env[])
{int i0;for(;env[i];i){ printf(env[%d]-%s\n,i,env[i]);}return 0;
}打印环境变量表发现这不就是我们使用env指令查看的环境变量嘛 于是我们再次阐述几个概念
一个程序加载到内存后最终变为一个进程我们所运行的每一个进程都是bash的子进程
所以我们运行的进程都是bash的子进程bash本身启动的时候会从操作系统的配置文件中读取环境变量当执行一个指令时该指令就会继承从父进程中交给我的环境变量。也就是说环境变量具有全局性
实际上每一份代码运行时都需要将上述的命令行参数表环境变量表传给main函数。 在windows中同样也存在在这种情况。
除了以命令行参数的方式获取环境变量还可以通过第三方变量environ获取。
#include stdio.h
int main(int argc, char* argv[])
{extern char** environ;int i 0;for (; environ[i]; i) {printf(%s\n, environ[i]);}return 0;
}libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时 要用extern声明
环境变量的组织方式 每个程序都会收到一张环境表环境表是一个字符指针数组每个指针指向一个以’\0’结尾的环境字符串。
内建命令
上面已经证明了环境变量具有全局性可以被子进程继承我们输入的指令都是bash的子进程所以可以继承父进程传过来的环境变量。
但是本地变量是不具有全局性的但是我们观察一下下面的现象。 不是说本地变量不具有全局性指令又是bash的子进程吗为什么echo还能打印本地变量my_value的值呢
实际上指令都是bash的子进程这句话并不是完全正确的指令实际上可以分为两种。
常规指令 通过创建子进程完成 内建命令 bash不创建子进程而是由自己亲自执行类似bash调用自己写的或者系统提供的函数实现。类似echocd这样的指令就越是内建命令不通过创建子进程完成。 利用系统调用接口——chdir自己写一个类似cd的内建命令 chdir将调用进程的当前工作目录更改为path中指定的目录 模拟cd指令的实现 利用命令行参数和chdir这一系统调用完成切换路径的工作。
int main(int argc, char* argv[], char* env[])
{if (argc 2){printf(change begin\n);sleep(20);chdir(argv[1]);printf(change done\n);sleep(10);printf(exit\n);}else{printf(err\n);}return 0;
}我们用myproc这个进程当作bash为更好观察更换当前路径这一现象我们在更换路径前后都休眠一段时间此时在另一个窗口监视myproc这个进程在根目录下的系统文件/proc中查看该进程相关信息cwd为该进程的工作路径也就是我们的监视目标。当myproc显示切换完成时可以看到myproc这个进程的cwd确实切换到我们输入的要切换到的路径了。 所以cd指令完全可以由bash自己调用系统函数或者自己写的函数实现。不需要创建子进程。 程序地址空间回顾
以C/C视角的内存区域划分。 再细致划分一下就是这样的 通过以下代码可以验证以一下
int g_val_1;
int g_val_2 100;int main()
{printf(code addr: %p\n, main);const char *str hello CSDN;printf(read only string addr: %p\n, str);printf(init global value addr: %p\n, g_val_2);printf(uninit global value addr: %p\n, g_val_1);char *mem (char*)malloc(100);char *mem1 (char*)malloc(100);char *mem2 (char*)malloc(100);printf(heap addr: %p\n, mem);printf(heap addr: %p\n, mem1);printf(heap addr: %p\n, mem2);printf(stack addr: %p\n, str);printf(stack addr: %p\n, mem);static int a 0;int b;int c;printf(a stack addr: %p\n, a);printf(stack addr: %p\n, b);printf(stack addr: %p\n, c);//char *str hello bit;//*str H;return 0;
}运行发现确实如此
全局数据中未初始化的数据区域在初始化数据之上。
fork变量问题
在上一篇介绍fork时我们还遗留了一个问题 现在我们就可以对这个问题进行解释了用以下代码更直观看出这个问题
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h int main()
{int g_val 100;if (fork() 0) {//parent while (1){printf(I am father;g_val:%d g_val_addr:%p\n, g_val, g_val);sleep(1);}}else {//child int num 3;while (num--){if (num 1){printf(#############################\n);g_val 200;printf(child changed g_val to %d\n, g_val);printf(#############################\n);}printf(I am child:g_val:%d ,g_val_addr:%p\n, g_val, g_val);}}
} 我们发现父子进程输出地址是一致的但是变量内容不一样能得出如下结论: 变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量。但地址值是一样的说明该地址绝对不是物理地址在Linux地址下这种地址叫做 虚拟地址我们在用C/C语言所看到的地址全部都是虚拟地址物理地址用户一概看不到由OS统一管理 OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址
进程地址空间
从上文得出可知之前说‘程序的地址空间’是不准确的准确的应该说成进程地址空间那该如何理解呢看图 在学习C/C时我们都以为那张内存分布图是内存实际并不是它实际上也是一个内核数据结构对象叫mm_struct也称进程地址空间。 进程地址空间 将各类数据按照其种类有序存放存放的是虚拟地址并不是存放数据代码的真实地址。 页表 是操作系统中用于存储虚拟内存到物理内存映射的数据结构负责将虚拟地址转化为真实的物理地址进而找到数据代码。 之前介绍进程时我们将进程定义为内核数据结构对象task_struct数据代码这时提到的内核数据结构对象是不完整的现在来看这里的内核数据对象就不止task_struct一个内核数据结构对象了。而是task_struct mm_struct 进程地址空间 页表。
fork变量问题原因
所以现在以操作系统的视角看待进程是这样的 由task_structmm_struct页表组成的内核数据结构 数据代码task_struct有指向mm_struct的指针mm_struct包含了指向进程页表的指针该指针为虚拟地址并不是真实的地址而页表则是将这个虚拟地址转化为真实的存放数据代码的物理地址以便CPU可以访问物理内存。 这种设计使得Linux内核可以独立地管理进程的状态和内存资源从而支持多任务和多用户操作系统的核心功能 注意每一个进程都会有自己独立的内核数据结构对象即每个进程都会有一套task_structmm_struct页表。
所以这时我们就能解释清楚为什么同一个地址会有两个值的问题了 该地址是虚拟地址并不是真实存放数据的物理内存的地址父子进程都会有自己一套独立的内核数据结构对象但是子进程的内核数据结构对象是拷贝父进程的所以他们的内容是一样的所以父子进程会有相同进程地址空间mm_struct所以地址是一样的此时父子进程所指向的数据代码也还是一样的但是当子进程对父进程的某一个数据进行修改时就会引发写时拷贝开辟一块新的空间这块空间属于子进程再通过页表将虚拟地址转化于是就看到了同一个地址不同值的情况。 进程地址空间本质
所谓进程地址空间本质是一个描述进程可视范围的大小这个可视范围指的地址总线的大小即在C/C内存分布中所显示的4GB大小也就是可映射到的内存大小。
这个4GB是怎么来的呢 读写数据时CPU和内存之间有⼤量的数据交互的所以两者必须也⽤线连起来这些线一共有三组我们现在只关注地址总线。 地址总线 我们可以简单理解32位机器有32根地址总线每根线只有两态表⽰0,1【电脉冲有⽆】那么⼀根线就能表⽰2种含义2根线就能表⽰4种含义依次类推。32根地址线就能表⽰2^32种含义每⼀种含义都代表⼀个地址。地址信息被下达给内存在内存上就可以找到该地址对应的数据将数据在通过数据总线传⼊CPU内寄存器。 而2^32*byte4GB。 进程地址空间本质 在C/C层面我们将程序地址空间当作存放数据的内存实际上是不对的准确的应该说成进程地址空间。
在操作系统的角度来看进程地址空间本质上是内存中的一种内核数据结构在Linux当中进程地址空间具体由结构体mm_struct实现。面对大量且不同种类的数据mm_struct如何进行管理呢这就得想起管理的六字真言了——先描述再管理。
进程地址空间就类似于一把尺子尺子的刻度由0x00000000到0xffffffff尺子按照刻度被划分为各个区域例如代码区、堆区、栈区等。而在结构体mm_struct当中便记录了各个边界刻度例如代码区的开始刻度与结束刻度如下图所示
为什么要有进程地址空间
为什么要有进程地址空间和页表这样的结构呢让数据直接映射到真实的物理地址上不行吗
一让所有进程以统一的视角看待内存 计算机硬件资源是有限的内存更是如此但进程却可以有很多当不同进程向内存申请空间时进程地址空间可以将这些数据按他们的类型在对应内存类型区域栈堆等生成一个虚拟内存地址再将该数据随意保存到真实的物理内存中在页表中将虚拟地址与真实地址建立映射关系日后通过页表就能进行数据的查找读写。 这样一来方便了对数据的管理而且也不需要知道内存中哪里还有空间做到让所有进程以统一的视角看待内存。 二增加转化过程可以对寻址请求做审查可以保护数据
我们一直说在常量区的数据只能读不能写这都是从语言的角度上理解的。那么请问该数据是如何写入的 char* str hello CSDN;//不合法的有的编译器会直接报错*str HELLO csdn;从系统角度理解 实际上物理内存是不会进行请求审查的物理内存上的的数据是任意读写的但页表上还有一个标识位来标识这个数据是可读写还是可写可读的当想要访问数据时页表的标识位会先对你的读写请求进行审查如果没有对应权限会直接拒绝该请求达到保护数据的请求。 三将进程管理内存管理进行解耦合确保内存管理模块不会影响进程管理模块 操作系统不仅仅只有进程管理模块还有内存管理模块一款好的软件要求做到低耦合的效果不能因为一个模块出了毛病导致整个软件崩溃。进程地址空间和页表能够将进程管理模块和内存管理模块很好的分离做到进程管理模块不需要知道一个程序是怎么加载到内存的它只需要做好自己对进程的管理即可内存管理模块也是如此。 再补充一点 当进程在CPU运行时CPU的cr3寄存器保存的是当前进程对应页表的地址并且页表的地址属于task_struct的上下文信息。进行进程切换时仍是切换task_struct就可以了因为进程地址空间也是由task_struct指向的页表地址也会保存在task_struct中。
