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Linux--操作系统/进程

article 2025/3/15 10:37:53

ok，我们今天学习linux中的操作系统和进程

1. 冯诺依曼体系

我们常⻅的计算机，如笔记本。我们不常⻅的计算机，如服务器，⼤部分都遵守冯诺依曼体系。

内存是CPU和外设之间的一个巨大的缓存！

截⾄⽬前，我们所认识的计算机，都是由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，必须强调⼏点：

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

对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深⼊到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。从你打开窗⼝，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送⽂件呢？

当数据在计算机内部设备流转的时候，本质是在不同的设备间进行拷贝！设备的拷贝效率本质就是计算机的效率

2. 操作系统(OperatorSystem)

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）

OS的目的

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

核心功能

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

面向对象语言

先描述再组织

面向对象标准库（STL）

3. 进程

3-1 基本概念与基本操作

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。

进程 = 内核数据结构(task_struct) + 程序的代码和数据

对进程的管理就成了对数据的增删查改

3-1-2 描述进程-PCB 基本概念

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（processcontrolblock），Linux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_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。

3-1-3 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 • 具体详细信息后续会介绍

组织进程

查看进程

1. 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。

2. ⼤多数进程信息同样可以使⽤top和ps这些⽤⼾级⼯具来获取

 #include <stdio.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <unistd.h>
 int main()
 {
 while(1){
 sleep(1);
 }
 return 0;
 }

通过系统调用获取进程标识符

进程id PID
父进程id PPID

 #include <stdio.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <unistd.h>
 int main()
 {
 printf("pid: %d\n", getpid());
 printf("ppid: %d\n", getppid());
 return 0;
 }

getpid 获得进程的标识符

pid_t id = getpid(); 获得pid

/proc目录/文件夹 Linux中的进程目录

/proc不是磁盘级别的文件，不需要存储任何信息，而是进程文件信息。

.exe

Windows中，执行一个程序，双击.exe文件，本质上就是启动一个进程（两种情况：1执行完就退出 2. 一直不退，直到用户退出----常驻进程（杀毒安全软件））

cwd （current work dir）

当前工作目录，默认创建进程会在当前工作目录

chdir更改进程的目录

父进程id ppid

在Linux系统中，启动之后，新建任何进程的时候，都是由自己的父进程创建的！

命令行中，执行命令/执行程序，本质是bash的进程，创建的子进程，由子进程执行我们的代码！

每登陆一次，就会创建一个bash

使用系统调用，创建进程

fork函数

运行 man fork 认识fork
fork有两个返回值
父子进程代码共享，数据鸽子开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）

fork给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0

#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;
 }

Linux中，所有进程都是树型结构

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){ //child
         printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
     }else{ //father
         printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
     }
     sleep(1);
     return 0;
}

fork为什么会有两个返回值？

父进程和子进程代码时共享的，但是数据时各自私有一份的

两个返回值给父子如何返回？

fork给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0