一、进程的概念

程序：代码+数据

进程：代码+数据+堆栈+PCB

程序：为了完成特定功能的一系列指令的有序集合

进程：一个具有一定独立功能的程序在数据集合上的一次动态执行过程

• 每个进程都有自己的状态

• 每个进程都有自己的虚拟地址空间

• 进程是操作系统分配资源的基本单位

组成：进程包含了一个程序执行过程中的所有状态信息

• 程序的代码

• 程序处理的数据

• 程序计数器中的

• 寄存器动态变化

• 系统资源

进程与程序的联系：

• 程序是进程的基础

• 程序每次执行构成不同的进程

• 进程是程序功能的体现

• 多次执行，一个程序可以应对多个进程，通过调用关系，一个进程可以包含多个程序（多对多）

进程与程序的区别

• 进程是动态的，程序是静态的，程序是有序代码的集合，进程是程序的执行，进程有核心态/用户态

• 进程是暂时的，程序是永久的，进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存

• 进程与程序的组成不同，进程的组成包括程序、数据、和进程控制块

进程控制块（PCB---进程属性的集合）

• 进程信息被放在一个叫进程控制块的数据结构中，Linux中的PCB是：task_struct，它里面包含着进程的信息，并且会被装载到RAM内存中

task_struct内容

• 标识符：描述本进程的唯一标识符，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指针

• 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据

• I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用文件列表

• 记账信息：可能包括处理时间总和，使用的时钟数总和、时间限制、记帐号等

• 其他信息

调度：优先级、动态变化

         从就绪中的程序中选择合适的放在CPU中执行

二、进程相关操作命令

cat /proc/sys/kernel/pid_max：系统ID号最大值

ps：报告系统当前进程

ps -ef

df：查看磁盘情况

df -ef

ps -ef | grep a.out |grep -v grep反向过滤

三、创建一个进程的一般工作

• 1.分配一个PID（从小到大找第一个没有被使用的ID）

           【0—cat /proc/sys/kernel/pid_max】

              0号进程是内核进程，它创建1号进程。

             0号进程还将进程从物理内存搬到磁盘，和从磁盘搬到物理内存

• 2.分配PCB，拷贝父进程的PCB的绝大部分数据

• 3.给子进程分配资源

• 4.复制父进程地址空间

• 5.将子进程制成就绪状态放入就绪队列

• 6.pid_t fork(viod)     子进程0，父进程大于1

• 子进程是父进程的翻版，子进程具有父进程的栈、数据段、堆和执行文本段的拷贝。

• 父进程和子进程有相同的程序文本段，但各自拥有不同的堆栈、数据段、堆段拷贝

• 执行fork( )后每个进程均可修改自己的栈数据、堆段中变量，而不影响另一进程

pid_fork (void); 

作用：创建一个进程

返回值：子进程返回0；父进程返回大于0（实际上就是子进程的PID）；当前无法创建时返回-1

• 1.创建后，父子进程交替进行（0为子进程，父进程大于1）

• 2.若父进程死亡，子进程变为孤儿进程，由1号进程领养

• 3.若子进程死亡，成为僵尸进程

• fork（）创建的子进程是对父进程的栈、数据段、堆和执行文本的拷贝，但是这样做会浪费内存空间。避免这种浪费有两种方法：

• 1、内核将每一个进程的代码段标记为只读，从而使进程无法修改自身代码，这样子进程和父进程可以共享同一代码段，指向相同的物理内存页帧

• ２、对于父进程数据段、堆段和栈段的各页，内核采用写时复制技术，起初内核将进程的代码段标记为只读，使父进程和子进程指向相同的物理内存，调用fork（）后内核会捕获所有子进程和父进程对代码段的修改企图，然后将要修改的代码段拷贝分配给造内核捕获的进程，之后父进程和子进程就可以修改各自的代码段拷贝，不再相互影响。

fork和vfork

• fork是创建一个子进程，并把父进程的内存数据copy到子进程中。

• vfork是创建一个子进程，并把子进程 和父进程的内存数据share一起共用

• vfork不进行写时拷贝，性能相较于fork更好，但是vfork的实现在每个系统上面都存在错误，只有在vfork调用完后加上exec或者exit才会正确。

getpid（）可以获取进程的PID；getppid（）可以获取进程的父进程的PID

创建一个孤儿进程

创建一个僵尸进程

僵尸进程是不能用kill被杀死的，从系统中移除其的唯一方法就是杀掉他们的父进程（或等待其父进程终止），此时init将接管和等待这些僵尸进程，将它们清除掉。

• 当创建的僵尸进程过多的时候会导致以下问题：

• 造成内存资源的浪费

• 内存泄漏

• 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，僵尸状态一直不退出，PCB一直都要维护

四、进程的优先级

• ps -l(查看当前系统进程的优先级)

• UID 执行者身份

• PID 进程ID

• PPID 父进程ID

• PRI 进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行

• NI 进程的nice值

子进程会继承父进程的优先级，因为PCB中存储着进程的优先级，创建子进程的时候会将父进程的PCB拷贝过来。

进程的nice值    

• 概念

  • 进程的nice值 表示进程可被执行的优先级的修正数值

•  取值范围

  • nice取值范围：-20-19，总共40个级别

• nice值的修改

  • PRI（new）=PRI（old）+nice 

    • 如：renice -5 -p 2600（将PID为2600的进程nice值修改为-5）

    • 如：nice -n -5 ./test  （开始执行指定nice值的进程）

  • 在进程启动之前可以通过nice来调整进程的优先级

  • 当nice的值为负值的时候，该程序的优先级值将会变小，其优先级会变高，会越快被执行。

• 用top命令修改已存在进程的nice

  • top可以查看系统所有进程的相关信息，相当于Windows的任务管理器

    • “r”->输入进程PID->输入naice值     （修改已存在进程的nice值）
    • “k”->输入进程PID->"enter"  (杀死已存在的进程)
    • “<”向上翻页   ">"向下翻页
    • “q”（退出top）

进程的并行和并发

• 并行：多个进程在多个CPU下分别同时运行

• 并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程都得以推进，一个CPU只能在某个时间内运行一个进程，不能多进程同时运行

• 多进程程序只可能是并行的不可能是并发的

五、环境变量

环境变量在命令行参数和PCB之间

本地变量和环境变量：

• 本地变量只能在当前进程使用，不能在子进程中使用

• 父进程定义的环境变量能在当前进程和子进程中使用

• 子进程定义的环境变量只能在子进程使用，不能在父进程中使用

环境变量相关指令：

• export name=val  (定义环境变量，=左右不能加空格)

• unset avj(删除环境变量)

• env 获取全部环境变量 

• echo $环境变量名  打印出相对应的环境变量值

• unset：可以删除本地变量

设置环境变量：

• 当前终端设置的环境变量只能在当前终端使用，离开就没有了，且只能在当前终端当前用户下使用

• 如果想所有地方都能使用环境变量需要配置在  ~/.bash_profile

• 如果希望在配置文件中设置的变量生效，要重启（在终端启动之前会执行~/  .bash_profile和~/ .bashrc这两个文件里的内容）

在程序中获取环境变量：

• 获取所有的环境变量，main的第三个参数

• 获取某一个环境变量,val=getenv(“name”）

• 在程序中设置环境变量 ，putenv(“name=value”)等号左右不能有空格

查看进程树 pstree

查看进程树中bash及其前两行后两行  pstree |grep -A2 -B2 “bash”

六、程序地址空间

子进程是父进程的拷贝，当子进程修改时，先将值拷贝到另一块物理内存中，将页表中的只读改为可读可写，再修改值

因此，修改后父子进程虚拟地址相同，物理地址不同

错误处理

linux绝大部分函数出错返回值都是-1

int errno；//linux函数出错后将错误编号放在errno全局变量中

if(fork()==-1)
    errno(错误码编号)

#include<errno.h>
    char* strerror(errno);通过错误编号，返回错误信息

#include<string.h>
    printf("%s",strerror(errno));打印错误信息

perror(cmd="fork")
{
    printf("%s : %sn",cmd,strerror(errno));
}