Linux 进程

进程定义

大多数的说法:进程是计算机中正在运行的程序的实例。它是操作系统对程序的一种抽象,用于管理和调度程序的执行。

个人理解: 从OS(操作系统)开始说起,OS是一个管理所有硬件资源为程序提供运行环境(管理所有硬件资源)软件 。操作系统如何管理计算机硬件呢?宏观来看是先描述再组织,描述指的是用结构体记录某个硬件的信息/状态等,组织是指用数据结构聚合这些结构体。 程序是软件,软件的执行需要硬件资源,进程就是担当分配系统硬件资源(CPU时间,内存)的实体, 当一个程序被执行时,操作系统会为其创建一个进程,分配必要的资源(如内存、CPU时间、文件描述符等)。

进程的描述

  1. 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

进程控制块,进程控制块是一种数据结构

进程控制块(Process Control Block,简称PCB)是操作系统中用于管理和控制进程的数据结构。每个进程都有一个对应的PCB,用于存储进程的相关信息。下面是PCB中常见的一些信息:

进程标识符(Process ID,PID):用于唯一标识一个进程。

状态(State):表示进程的当前状态,如运行、就绪、阻塞等。

程序计数器(Program Counter,PC):存储下一条将要执行的指令的地址。

寄存器(Registers):保存进程的上下文信息,包括通用寄存器、程序状态字等。

内存指针(Memory Pointer):指向进程的代码段、数据段和堆栈等内存区域。

资源占用(Resource Allocation):记录进程所占用的系统资源,如打开的文件、分配的内存等。

优先级(Priority):用于确定进程的调度顺序。

父进程标识符(Parent Process ID,PPID):记录创建该进程的父进程的PID.

子进程列表(Children Processes):记录由该进程创建的子进程的PID。

task_struct是一个结构体,是Linux 中进程控制块这种数据结构的具体实现的一部分(可以理解为进程控制块是链表的概念,task_struct是某个具体链表中的一个节点)

下面是一些常见的字段:

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[休学例子,要加图CPU,寄存器]。
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

查看进程方法

1. ps命令:ps命令用于列出当前正在运行的进程。可以使用不同的选项来获取不同的信息,例如进程ID(PID)、进程状态、CPU使用率等。常用的选项包括:

ps aux:显示所有进程的详细信息。
ps -ef:显示所有进程的详细信息,包括父进程ID(PPID)。
ps -e --forest:以树状结构显示进程信息。

2. top命令:top命令用于实时监视系统的进程和系统性能。它会动态地显示进程列表,按照CPU使用率或内存使用率排序。可以按下键盘上的相应键来切换不同的排序方式或查看不同的信息。(这个还会显示没列的含义)

3. /proc文件系统:Linux的/proc文件系统提供了有关当前运行进程的详细信息。可以在/proc目录下找到以进程ID为名称的子目录,其中包含有关该进程的信息。可以使用cat命令或其他文本查看器查看这些文件。

进程状态

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 sleep))。

D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

僵死状态(Zombies):一个进程已经终止但其父进程尚未对其进行善后处理(如调用wait()函数来获取终止状态),导致进程表中仍然保留该进程的相关信息,但进程本身已经不再执行任何操作。

在这里插入图片描述
补充说明:

  1. Z(zombie)-僵尸进程
    定义:一个进程已经终止但其父进程尚未对其进行善后处理(如调用wait()函数来获取终止状态),导致进程表中仍然保留该进程的相关信息,但进程本身已经不再执行任何操作。

产生影响: 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PCB中。进程控制块作为一种数据结构是加载在内存中使用的,如果一直不回收就会造成内存泄漏 。

解决方法:1.父进程wait回收 2.父进程结束,pid为1的进程回收(类似于孤儿进程) 。

  1. 孤儿进程是指其父进程已经终止或者不再关心该子进程的状态,导致子进程成为孤儿进程。在操作系统中,孤儿进程会被init进程(进程ID为1)接管,init进程会成为孤儿进程的新的父进程,并负责对其进行善后处理。

  2. pid=1 的进程
    Linux中的pid=1的进程是init进程,也称为系统初始化进程。它是Linux系统中第一个启动的进程,负责初始化系统并启动其他进程。init进程是所有其他进程的祖先进程,它会监控其他进程的运行状态,并在需要时重新启动它们。

进程优先级

概念:进程优先级是进程的属性之一,用于确定进程对CPU资源的占用情况,优先级高的进程有优先执行的权力,多进程情况下,合理配置进程优先级,可以提高系统整体性能。

关于CPU资源分配拓展:Linux提供了将进程绑定到指定CPU的功能,这被称为CPU绑定(CPU affinity)。通过将进程绑定到特定的CPU上,可以有效地控制进程在系统中的调度和运行。这对于提高系统整体性能和优化资源利用非常有帮助。
通过CPU绑定,可以将不重要的进程限制在某个特定的CPU上运行,从而确保系统的关键任务能够在其他CPU上得到更好的执行效果。这样可以避免不重要的进程占用关键资源,提高系统的响应性能和稳定性。

优先级属性介绍
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
在这里插入图片描述
说明:PRI代表这个进程可被执行的优先级,其值越小越早被执行。 进程每次执行过后,PRI值就会发生变化,变化的方式为:(旧的)PRI = PRI(旧的) + NI, NI的取值范围为-20至19,一共40个级别。

进程相关概念补充

  1. 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。
  2. 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
  3. 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
  4. 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

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