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【Linux】进程---概念---进程---优先级

article 2025/3/1 0:12:25

主页：醋溜马桶圈-CSDN博客

专栏：Linux_醋溜马桶圈的博客-CSDN博客

gitee：mnxcc (mnxcc) - Gitee.com

1.操作系统(Operator System)

1.1 概念

1.2 设计OS的目的

1.3 定位

1.4 如何理解 "管理"

1.5 总结

1.6 系统调用和库函数概念

2.进程概念

2.1 基本概念

2.2 描述进程-PCB

2.2.1 task_struct-PCB的一种

2.2.2 task_ struct内容分类

2.2.3 tast_struct的属性

1.启动

PID

PPID

2.终止

3.创建进程

fork

为什么要创建子进程

创建多个子进程

2.3 组织进程

2.4 查看进程

3.进程状态

3.1 Linux内核源代码

3.2 进程状态查看

3.3 Z(zombie)-僵尸进程

3.4 僵尸进程危害

3.5 孤儿进程

4.进程优先级

4.1 基本概念

4.2 查看系统进程

4.2.1 PRI and NI

4.2.2 PRI vs NI

4.3 查看进程优先级的命令-top命令

4.4 其他概念

1.操作系统(Operator System)

1.1 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）

1.2 设计OS的目的

与硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

1.3 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

1.4 如何理解 "管理"

管理的例子
描述被管理对象
组织被管理对象

1.5 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

1.6 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

2.进程概念

2.1 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

2.2 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PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct
一个进程一定要有一个PCB

2.2.1 task_struct-PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
task_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

2.2.2 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[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

2.2.3 tast_struct的属性

1.启动

./XXXX 本质就是让系统创建进程并运行 --- 我们自己写的代码形成的可执行 == 系统命令 == 可执行文件（在Linux中运行的大部分执行操作，本质都是运行进程）

ps axj 命令

ps和grep本身也是命令，启动也是一个进程

可以用head命令只显示头部信息

如果我们同时想看到头部信息和进程信息，我们可以用&&，这样就都可以显示出来了

PID

每一个进程都要有自己的唯一标识符，叫做进程PID
一个进程，想知道自己的PID，可以用系统调用getpid

如何证明呢？

PPID

getppid --- 获得当前进程的父进程id

每次启动的PID不一样是正常的，但是PPID是相同的

我们grep一下这个PPID

对应Windows就是我们的任务管理器

在Windows中双击就启动进程了，Linux中./就启动进程了

2.终止

在Windows中可以通过×关闭进程，在Linux中可以通过ctrl+c关闭，也可以通过kill杀死进程

3.创建进程

进程创建的代码方式 --- 重(zhong)操作、轻原理

创建进程就是操作系统中多了一个进程，多了一个进程就是多了一个PCB和对应的代码数据

fork

我们可以写一个监控脚本，让进程管理器每一秒刷新一次

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep myprocess;sleep 1;done

如何证明呢，getpid和getppid都只能调用该进程的pid和ppid

为什么要创建子进程

想让子进程执行和父进程不一样的代码

fork会返回两个返回值

kill掉任何一个进程都不会影响另一个进程，只不过kill掉父进程，子进程会到后台运行

创建多个子进程

2.3 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

2.4 查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

进程中的PCB会记录自己对应的可执行程序的路径

cwd:current work dir 进程的当前工作路径

我们将这个可执行程序删除

但是进程还在运行，原因是我们删除的只是磁盘上的文件，但是一个程序在被调用的时候会先在内存里存一份，所以删除磁盘上的文件，不影响内存

3.进程状态

3.1 Linux内核源代码

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 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

3.2 进程状态查看

ps aux / ps axj 命令

休眠状态---进程在等待资源就绪

kill -19 暂停

kill -18 继续

T是比较纯粹的暂停，t是由于被追踪而暂停下来

3.3 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（使用wait()系统调用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)
    {  
        //parent
        printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
        sleep(30);
    }
    else
    {
        printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

3.4 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？是的！
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？是的！
那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！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?是的！

3.5 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进程回收喽

#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)
    {   
        //child
        printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
        sleep(10);
    }
    else
    {
        //parent
        printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
        sleep(3);
        exit(0);
    }
    return 0;
}