好的公司网站建设,浏览器下载大全,苏州专业做网站公司电话,装修公司网站php源码1、冯诺依曼体系结构
我们常见的计算机#xff0c;如笔记本。我们不常见的计算机#xff0c;如服务器#xff0c;大部分都遵守冯诺依曼体系#xff1b; 截至目前#xff0c;我们所认识的计算机#xff0c;都是有一个个的硬件组件组成#xff1a;
输入单元#xff1a;…1、冯诺依曼体系结构
我们常见的计算机如笔记本。我们不常见的计算机如服务器大部分都遵守冯诺依曼体系 截至目前我们所认识的计算机都是有一个个的硬件组件组成
输入单元包括键盘鼠标扫描仪写板等中央处理器(CPU)含有运算器和控制器等输出单元显示器打印机等 关于冯诺依曼强调几点
这里的存储器指的是内存不考虑缓存情况这里的CPU能且只能对内存进行读写不能访问外设(输入或输出设备)外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据也只能写入内存或者从内存中读取一句话所有设备都只能直接和内存打交道 2、操作系统(Operator System)
2.1、概念
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合称为操作系统(OS)。笼统的理解操作系统包括
内核进程管理内存管理文件管理驱动管理其他程序例如函数库shell程序等等 2.2、设计OS的目的
对下与硬件交互管理所有的软硬件资源对上为用户程序应用程序提供一个良好的执行环境 2.3、定位
在整个计算机软硬件架构中操作系统的定位是一款纯正的“搞管理”的软件 2.4、如何理解 “ 管理 ”
描述被管理对象组织被管理对象 2.5、总结
计算机管理硬件
描述起来用struct结构体组织起来用链表或其他高效的数据结构 3、系统调用和库函数概念
在开发角度操作系统对外会表现为一个整体但是会暴露自己的部分接口供上层开发使用这部分由操作系统提供的接口叫做系统调用系统调用在使用上功能比较基础对用户的要求相对也比较高所以有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装从而形成库有了库就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发 4、进程
4.1、基本概念
课本概念程序的一个执行实例正在执行的程序等内核观点担当分配系统资源CPU时间内存的实体 4.2、描述进程-PCB
进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中可以理解为进程属性的集合课本上称之为PCBprocess control blockLinux操作系统下的PCB是: task_struct task_struct-PCB的一种
在Linux中描述进程的结构体叫做task_structtask_struct是Linux内核的一种数据结构它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息 task_ struct内容分类
标示符: 描述本进程的唯一标示符用来区别其他进程状态: 任务状态退出代码退出信号等优先级: 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: 包括程序代码和进程相关数据的指针还有和其他进程共享的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IO状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的IO设备和被进程使用的文件列表记账信息: 可能包括处理器时间总和使用的时钟数总和时间限制记账号等其他信息 4.3、组织进程
可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里 4.4、查看进程
进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹 查看
如要获取PID为1的进程信息你需要查看 /proc/1 这个文件夹 大多数进程信息同样可以使用 top 和 ps 这些用户级工具来获取
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
int main()
{while(1){sleep(1);}return 0;
} 4.5、通过系统调用获取进程标示符
进程idPID父进程idPPID
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
int main()
{printf(pid: %d\n, getpid());printf(ppid: %d\n, getppid());return 0;
} 4.6、通过系统调用创建进程-fork初识
运行 man fork 认识forkfork有两个返回值父子进程代码共享数据各自开辟空间私有一份采用写时拷贝
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
int main()
{int ret fork();printf(hello proc : %d!, ret: %d\n, getpid(), ret);sleep(1);return 0;
}
fork 之后通常要用 if 进行分流
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
int main()
{int ret fork();if(ret 0){perror(fork);return 1;}else if(ret 0){ //childprintf(I am child : %d!, ret: %d\n, getpid(), ret);}else{ //fatherprintf(I am father : %d!, ret: %d\n, getpid(), ret);}sleep(1);return 0;
} 5、进程状态
5.1、Linux内核源代码的定义
为了弄明白正在运行的进程是什么意思我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态在 Linux内核里进程有时候也叫做任务下面的状态在kernel源代码里定义
/*
* The task state array is a strange bitmap of
* reasons to sleep. Thus running is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/static const char * const task_state_array[] {
R (running), /* 0 */
S (sleeping), /* 1 */
D (disk sleep), /* 2 */
T (stopped), /* 4 */
t (tracing stop), /* 8 */
X (dead), /* 16 */
Z (zombie), /* 32 */
};
R运行状态running: 并不意味着进程一定在运行中它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里S睡眠状态sleeping): 意味着进程在等待事件完成这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠 interruptible sleepD磁盘休眠状态Disk sleep有时候也叫不可中断睡眠状态uninterruptible sleep在这个状态的进程通常会等待IO的结束T停止状态stopped 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止T进程这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行X死亡状态dead这个状态只是一个返回状态你不会在任务列表里看到这个状态 5.2、进程状态查看
ps aux / ps axj 命令 5.3、Z(zombie)-僵尸进程
僵死状态Zombies是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程僵死进程会以终止状态保持在进程表中并且会一直在等待父进程读取退出状态代码所以只要子进程退出父进程还在运行但父进程没有读取子进程状态子进程进入Z状态
来一个创建维持30秒的僵死进程例子
#include stdio.h
#include stdlib.h
int main()
{pid_t id fork();if(id 0){perror(fork);return 1;}else if(id 0){ //parentprintf(parent[%d] is sleeping...\n, getpid());sleep(30);}else{printf(child[%d] is begin Z...\n, getpid());sleep(5);exit(EXIT_SUCCESS);}return 0;
}
ptrace系统调用追踪进程运行 5.4、僵尸进程危害
进程的退出状态必须被维持下去因为他要告诉关心它的进程父进程你交给我的任务我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取那子进程就一直处于Z状态维护退出状态本身就是要用数据维护也属于进程基本信息所以保存在task_struct(PCB)中换句话说Z状态一直不退出PCB一直都要维护那一个父进程创建了很多子进程就是不回收就会造成内存资源的浪费因为数据结构对象本身就要占用内存想想C中定义一个结构体变量对象是要在内存的某个位置进行开辟空间内存泄漏 6、孤儿进程
父进程如果提前退出那么子进程后退出进入Z之后那该如何处理呢父进程先退出子进程就称之为“孤儿进程”’孤儿进程被1号init进程领养当然要有init进程回收
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
int main()
{pid_t id fork();if(id 0){perror(fork);return 1;}else if(id 0){//childprintf(I am child, pid : %d\n, getpid());sleep(10);}else{//parentprintf(I am parent, pid: %d\n, getpid());sleep(3);exit(0);}return 0;
} 7、进程优先级
7.1、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 7.2、查看系统进程
在linux或者unix系统中用ps –l命令则会类似输出以下几个内容 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 7.3、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NI就是所要说的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 7.4、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 7.5、查看进程优先级的命令
用top命令更改已存在进程的nice
top进入top后按“r”–输入进程PID–输入nice值 8、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 9、环境变量
9.1、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 9.2、常见环境变量
PATH : 指定命令的搜索路径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)SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash 9.3、测试PATH 1. 创建hello.c文件
#include stdio.h
int main()
{printf(hello world!\n);return 0;
} 2. 对比./hello执行和之间hello执行 3. 为什么有些指令可以直接执行不需要带路径而我们的二进制程序需要带路径才能执行 4. 将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中, export PATH$PATH:hello程序所在路径 5. 对比测试 9.4、测试HOME 1. 用root和普通用户分别执行 echo $HOME 对比差异 . 执行 cd ~; pwd ,对应 ~ 和 HOME 的关系 9.5、和环境变量相关的命令
echo: 显示某个环境变量值export: 设置一个新的环境变量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 9.6、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 9.7、通过代码如何获取环境变量
命令行第三个参数
#include stdio.h
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{int i 0;for(; env[i]; i){printf(%s\n, env[i]);}return 0;
} 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 9.8、通过系统调用获取或设置环境变量
putenvgetenv
#include stdio.h
#include stdlib.h
int main()
{printf(%s\n, getenv(PATH));return 0;
}
常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量 9.9、环境变量通常是具有全局属性的
环境变量通常具有全局属性可以被子进程继承下去
#include stdio.h
#include stdlib.h
int main()
{char * env getenv(MYENV);if(env){printf(%s\n, env);}return 0;
}
直接查看发现没有结果说明该环境变量根本不存在
导出环境变量 export MYENVhello world再次运行程序发现结果有了说明环境变量是可以被子进程继承下去的
实验
如果只进行 MYENV“helloworld” ,不调用export导出在用我们的程序查看会有什么结果普通变量 10、程序地址空间
10.1、研究背景
kernel 2.6.3232位平台 10.2、程序地址空间回顾 来段代码感受一下
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
int g_val 0;
int main()
{pid_t id fork();if(id 0){perror(fork);return 0;}else if(id 0){ //childprintf(child[%d]: %d : %p\n, getpid(), g_val, g_val);}else{ //parentprintf(parent[%d]: %d : %p\n, getpid(), g_val, g_val);}sleep(1);return 0;
}
输出
//与环境相关观察现象即可
parent[2996]: 0 : 0x80497a9
child[2997]: 0 : 0x80497a9
我们发现输出出来的变量值和地址是一模一样的很好理解因为子进程按照父进程为模版父子并没有对变量进行进行任何修改可是将代码稍加改动:
#include stdio.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
int g_val 0;
int main()
{pid_t id fork();if(id 0){perror(fork);return 0;}else if(id 0){ //child,子进程肯定先跑完也就是子进程先修改完成之后父进程再读取g_val100;printf(child[%d]: %d : %p\n, getpid(), g_val, g_val);}else{ //parentsleep(3);printf(parent[%d]: %d : %p\n, getpid(), g_val, g_val);}sleep(1);return 0;
}
输出结果
//与环境相关观察现象即可
child[3056]: 100 : 0x80347f4
parent[3055]: 0 : 0x80347f4
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 10.3、进程地址空间
所以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看图 说明
上面的图就足矣说明问题同一个变量地址相同其实是虚拟地址相同内容不同其实是被映射到了不同的物理地址 11、Linux2.6内核进程调度队列 上图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构 一个CPU拥有一个runqueue
如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡问题 优先级
普通优先级100139我们都是普通的优先级想想nice值的取值范围可与之对应实时优先级099不关心 活动队列
时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列nr_active: 总共有多少个运行状态的进程queue[140]: 一个元素就是一个进程队列相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度,所以数组下标就是优先级从该结构中选择一个最合适的进程过程是怎么的
从0下表开始遍历queue[140]找到第一个非空队列该队列必定为优先级最高的队列拿到选中队列的第一个进程开始运行调度完成遍历queue[140]时间复杂度是常数但还是太低效了
bitmap[5]:一共140个优先级一共140个进程队列为了提高查找非空队列的效率就可以用5*32个 比特位表示队列是否为空这样便可以大大提高查找效率 过期队列
过期队列和活动队列结构一模一样过期队列上放置的进程都是时间片耗尽的进程当活动队列上的进程都被处理完毕之后对过期队列的进程进行时间片重新计算 active指针和expired指针
active指针永远指向活动队列expired指针永远指向过期队列可是活动队列上的进程会越来越少过期队列上的进程会越来越多因为进程时间片到期时一直都存在的没关系在合适的时候只要能够交换active指针和expired指针的内容就相当于有具有了一批新的活动进程 总结
在系统当中查找一个最合适调度的进程的时间复杂度是一个常数不随着进程增多而导致时间成本增加我们称之为进程调度O(1)算法
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