本章主要讲解操作系统的一些基础概念知识,为进程的学习做铺垫
冯诺依曼体系结构规定了硬件上的数据流动,而大部分计算机都遵守冯诺依曼体系,如笔记本,服务器等
注:输入单元和输出单元统称外设
执行程序时,输入设备的数据先预加载到存储器中,通过存储器将数据交给cpu进行处理,cpu再将得到的结果预写入写回存储器,最后再由存储器将结果刷新到输出设备上
这是即是冯诺依曼体系结构规定的,也是由于存储器分级的原因导致的
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)
注:OS需要保护系统软硬件,所以它对任何用户都不信任,需要通过OS才能访问系统软硬件
操作系统也被称作进行软硬件资源管理的软件
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
//当多个程序需要同时被执行,而一个程序有执行的时间片,达到时间需要切换程序,切换到恢复的过程就需要上下文数据发挥作用,达到无缝切换的效果
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
注:运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里
注:getpid()和getppid()函数需要包含头文件unistd.h
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("pid: %d\n", getpid());
printf("ppid: %d\n", getppid());
return 0;
}
为当前进程创建子进程,父子进程代码共享,数据各自开辟空间私有一份(采用写时拷贝:进行写入时触发拷贝)
注:fork返回类型是pid_t,需要包含头文件 sys/types.h
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t ret = fork();
printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
sleep(1);
return 0;
}
我们创建子进程的意义是为了与父进程进行不同任务,因为父子进程的代码共享,所以我们采用分支结构进行分流执行程序
#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()函数在return的前一刻,其主体任务全部完成,也就是子进程成功创建,此时父子进程代码共享,数据各有一份(写时拷贝),在返回时发生写实拷贝,对于父进程的ret则是返回的子进程的pid,对于子进程的ret则是返回的0
进程有不同状态,一个进程可以有几个状态
注:在Linux内核里,进程有时候也叫做任务
/*
* 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 */
};
ps aux / ps axj :查看系统中所有的进程
ps -la :查看基础进程
a:显示一个终端的所有进程,除会话引线外
u:显示进程的归属用户及内存的使用情况
x:显示没有控制终端的进程
-l:长格式显示更加详细的信息
-e:显示所有进程
#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;
}
创建进程是用来执行任务的,而进程的退出状态保存了任务执行的状态信息,所以必须被维持下,以此等待父进程获取其退出信息及任务状态,进行下一步打算
父进程如果一直不读取,那子进程就一直处于Z状态,而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,即一直不回收僵尸进程可能造成内存资源的浪费,直到被回收后才能释放其空间
父进程先退出,子进程就称之为“孤儿进程”,而孤儿进程会被1号 init 进程(系统)领养,最后由 init 进程回收
#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;
}
使用 ps –l 命令
先使用top命令,进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
注:进程让出或者占领CPU资源时,就需要进行保存或者恢复进程的上下文数据
我们在编写C/C++代码的时候,在链接的时候,从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里,但是照样可以链接成功,生成可执行程序,原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找
echo $NAME //NAME:你的环境变量名称
注:以PATH为例,展现环境变量的作用
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello world!\n");
return 0;
}
为什么有些指令可以直接执行,不需要带路径,而我们的二进制程序需要带路径才能执行?
注:其实程序,命令,指令,可执行程序等等都是一个概念
使用指令 export PATH=$PATH:path(程序所在路径)
注:该添加方法只在当前有用,退出Linux后则会恢复,想永久设置则需在环境变量文件中进行添加
一个用户默认所处的路径是由环境变量HOME决定的,环境变量home是决定用户所处的主工作目录的
每个程序都会收到一张环境表,环境表是一个字符指针数组,每个指针指向一个以’\0’结尾的环境字符串
#include <stdio.h>
int main(int argc ,char *argv[] ,char* env[])//命令行参数个数、命令行参数、环境变量
{
int i = 0;
for(; env[i]; i++) //遍历env指针数组打印环境变量的值
{
printf("env[%d]:%s\n", i, env[i]);
}
return 0;
}
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
extern char **environ;
int i = 0;
for(; environ[i]; i++)
{
printf("%s\n", environ[i]);
}
return 0;
}
libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("PATH:%s\n", getenv("PATH"));
return 0;
}
注:常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量
注:在命令行运行的指令,它的父进程都是bash