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进程的简要介绍

news 来源：原创 2025/8/25 9:17:50

一.进程

1.概念：担当分配系统资源的实体

2.进程=内核数据结构对象+自己的代码和数据

或进程=PCB(task_struct)+自己的代码和数据

注1：PCB：操作系统中描述进程的结构体

2.进程的所有属性均可在task_struct中找到，管理进程其实就是对进程链表进行增删查改

3.历史上执行的所有指令，工具，自己的程序运行起来都是进程

4.关于进程的指令

. getpid()：获取所有子进程的ID函数

. getppid()：获取父进程的ID函数

注：每次启动进程，进程的ID都会改变，但是父进程的ID不会改变

. ps axj：查看所有进程

. ps axj | grep 文件名：查看指定文件中的进程

. ps ajx | head -1 && ps axj | grep 文件名：显示进程列表的表头，然后查找并显示与特定文件名相关的进程信息

. kill -9 pid：终止pid进程（ctr键+c也可以用于终止进程，但只要限于前台进程）

. ls /proc：查看当前系统下所有进程的信息

补：命令行解释器(bash)本身就是一个进程，OS会给每个登录用户分配一个进程

5.代码创建子进程的方式

fork():创建子进程的函数，fork()函数会有两个返回值，根据返回值判断是父进程（>0）还是子进程（0）

注：子进程没有自己的代码和数据，因为当前程序没有重新加载，默认指向父进程的代码和数据

二.进程状态

1.概念：进程在操作系统中当前的执行状态

2.本质：进程状态就是task_struct内的一个整数，是进程的一个属性

3.分类

<1>运行:只要进程在调度队列中，进程的状态就是running

<2>阻塞：当进程需要等待某种设备/资源就绪时，会暂停运行

tip:可以参考C中scanf或C++中的cin

<3>挂起：当内存资源吃紧的时候，OS将暂时不需要的进程的代码和数据转移到磁盘的swap分区，此时进程处于挂起状态

4.Linux中的进程状态

<1>R:运行状态

<2>S:休眠状态（等同于阻塞）

注：此时是可中断的睡眠/浅睡眠，这时是可以杀掉该进程的

<3>D:磁盘休眠状态

注：此时是不可中断的睡眠/深睡眠，这时是不可以杀掉该进程的，以保证数据不会丢失

<4>T:暂停状态（被用户使用ctr+z命令手动暂停）

t:追踪状态（进入debug模式，打了断点后，程序被暂停）

<5>X:死亡状态

<6>Z:僵尸状态，进程处于此状态，是为了让父进程获取子进程的退出信息

注：退出信息被保存在task_struct里，故而PCB不可被释放，能释放的只有代码和数据

5.僵尸进程：创建父子进程，子进程直接退出，父进程一只不获取子进程的退出信息，此时子进程处于僵尸状态，即僵尸进程（此时存在内存泄漏）

6.孤儿进程：创建父子进程，父进程先退出，此时的子进程就是孤儿进程，但是此时子进程会被1号进程（操作系统）领养，变成后台进程

注：默认进程是前台进程，可使用./文件名 &命令将当前进程放在后台运行

注：父进程的父进程是bash

三.进程优先级

1.概念：优先级是进程得到CPU资源的先后顺序

2.存在意义：目标资源稀缺，需要通过优先级确认谁先谁后的问题

3.优先级 VS 权限

优先级：可以得到资源，得到的先后顺序

权限：能否得到资源

4.优先级也是一种数字，数值越低，优先级越高，但是基于时间片的分时操作系统必须考虑公平性，即优先级可能变化，但是变化的幅度不会太大

5.Linux查看进程的优先级：

ps -al：查看所有进程的优先级

ps -al | head -1 && ps -al | grep 文件名：查看指定文件下进程的优先级

注：1.系统通过对比进程和文件的用户ID，来判断我访问文件时的身份

2.Linux系统中访问任何资源都是进程访问，进程就代表用户

6.PRI：进程的优先级，默认是80

NI：进程优先级的修改数据，nice值，默认是0

进程真实的优先级=PRI（默认）+NI 或者说进程真实的优先级=80+NI

7.Linux中更改优先级的方法：输入top找到要调整的进程的PID,然后按下r进入重命名模式，输入PID和新的优先级值

8.优先级的极值问题：nice:[-20,19]，Linux的优先级范围：[60,99]

补：若是优先级设计的不合理，会导致优先级低的进程长时间得不到CPU资源，进而导致进程饥饿

8.进程具有竞争性，独立性，并行，并发的特性

并行：多个进程在多个CPU下分别同时进行

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，让多个进程得以推进

9.进程切换

<1>进程切换的核心是保存和恢复当前进程的硬件上下文数据，即CPU内寄存器的内容

注：当前进程要把自己的进程硬件上下文数据保存起来，保存到进程的task_struct里面的tss（任务状态段）里面

<2>进程切换的时机：

时间片耗尽：为了保证所有进程能够得到公平调度，CPU时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。当某个进程的时间片耗尽时，操作系统会将其挂起，切换到其他进程运行。

进程主动挂起：当进程通过调用如 sleep() 等函数将自己主动挂起时，系统会重新调度其他进程运行。

高优先级进程抢占：当有优先级更高的进程需要运行时，为了保证高优先级进程的执行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。

硬件中断：当发生硬件中断时，CPU上的当前进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序。

系统资源不足：当进程因系统资源不足（如内存不足）而无法继续运行时，系统会将其挂起，并调度其他进程运行。

<3>进程切换的步骤：

1.保存当前进程的上下文数据：

2.修改当前进程的PCB

3.选择下一个进程：内核会根据调度算法（如时间片轮转调度、优先级调度等）从就绪队列中选择下一个进程进行执行。调度算法会综合考虑进程的优先级、等待时间等因素，以确保系统资源的合理分配。

4.恢复下一个进程的上下文

5.跳转到新进程的执行入口

进程的简要介绍

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