操作系统—进程概念

野性酷女 2022-05-26 02:54 287阅读 0赞

## 进程与程序 ##

>  *  程序：完成特定任务的一系列指令集合。
>  *  进程：程序的一次动态执行过程。（用户角度）
>  *  进程是操作系统分配资源的基本单位，也是最小单位。每个进程有自己的独立地址空间和执行状态。 操作系统内核一定要有一个PCB来管理进程。（OS角度）
>  *  程序：代码段+数据段
>  *  进程：代码段+数据段+堆栈+PCB
>  *  进程和程序的区别：  
>     进程是动态的。程序是静态的。  
>     进程的生命周期短暂，程序永久。
>  *  一个进程只能对应一个程序，一个程序可以对应多个进程。
>  *  CPU访问外设：中断、轮询、DMA。（CPU与外设是由总线连接的）
>  *  并发：在一个时间段内，宏观来看有多个程序都在活动，有条不许的执行
>  *  并行：在每一个瞬间，都有多个程序都在同时执行，这个必须有多个CPU才醒
>  *  线程：是操作系统能够运行运算调度的最小单位，他被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位，一条线程指的是进程中一个但依顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每个线程并行执行不同的任务，因为线程中个几乎不包含资源，所有执行更快，更有效率
>  *  简而言之，一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高

**进程的状态**

运行态：该进程正在运行，即进程正在占用CPU。
    就绪态：进程已经具备执行的一切条件，正在等待分配CPU的处理时间片。
    等待态：进程正在等待某个事件或某个资源。等待态又分为可中断等待和不可中断等待两种。可中断的等待进程可被信号中断，而不可中断的等待进程不能被信号中断。
    停止状态：当进程收到一个SIGSTOP信号后，便由运行态进入停止状态，当收到SIGCONT信号时又会恢复运行态，该状态主要用于调试。
    僵死状态（终止状态）：进程已终止，但其task_struct 结构仍在内存中。顾名思义，处于这种状态的进程实际是死进程。

**进程的状态转换：**  
![这里写图片描述][70]

**进程ID**

> 进程id PID， 父进程id PPID 每个进程都有一个非负整数表示的唯一进程ID，用于标志进程。
> 
> （一般为0~65535） 通过系统调用getpid();getppid();函数来获取  
> 进程可以通过调用fork()函数来创建一个新进程，原来的进程称为父进程，新进程称为子进程。

**fork与vfork**

**fork**

fork从已存在的进程中创建新的进程。新进程为子进程，原进程为父进程。fork有两个返回值
    父子进程共享代码，数据各自开辟空间，私有一份（采用写实拷贝）
    
    fork()失败：内存不够，进程太多

> pid\_t fork(void);  
> //返回值：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1
> 
> fork（）函数被调用一次，但返回两次。其中父进程返回子进程的进程ID，  
> 子进程返回0。子进程可以通过getppid()来获得父进程的进程ID。

**vfork**  
vfork创建的子进程与父进程共享地址空间。

**fork与vfork的区别**

> 1.fork父子进程交替运行，vfork子进程运行，父进程阻塞，直到子进程结束  
> 2.fork实现了写实拷贝，vfork就算写也不拷贝。  
> 3.vfork必须用exit或excl  
> 4.就算fork实现了写实拷贝，性能也没有vfork高  
> 5.每个系统上的vfork都有问题，建议不要使用

**僵尸进程和孤儿进程**

僵尸进程：子进程结束，父进程还在，父进程没有接收到子进程的运行结果，并释放其占用的资源。

僵尸进程的主要危害：会一直占用进程ID，而进程ID是有限的。如果产生  
大量的僵尸进程，将会导致进程ID耗尽。

//僵尸进程
    
    int main()
    {
        pid_t id = fork();
        if(id < 0)
        {
            perror("fork");
            return 1;
        }
        else if(id > 0) //父进程
        {
            printf("father process[%d] is sleeping..\n",getpid());
            sleep(30);
        }
        else
        {
            printf("child process[%d] is begin Z..",getpid());
            sleep(5);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        return 0;
    }

孤儿进程：父进程提前退出，然后子进程退出，进入Z状态，子进程就称为孤儿进程。

#include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    //孤儿进程
    int main()
    {
        pid_t id = fork();
        if(id < 0)
        {
            perror("fork");
            return 1;
        }
        else if(id  ==  0) //子进程
        {
            printf("I am child process..pid=[%d]\n",getpid());
            sleep(10);
        }
        else
        {
            printf("I am father process..pid=[%d]\n",getpid());
            sleep(5);
            exit(0);
        }
        return 0;
    }

**进程结束**

正常结束：    1.main退出             退出码为0
                2.exit退出
    不正常结束：  1.ctrl+c
                2.kill                退出码非0
                3.abort()
    
    echo $?查看退出码
    退出码范围：0~255
    用int的8个比特位，其余的位有别的用途，比如记录为何异常退出等情况

**函数wait**

函数原型：    
    pid_t wait (int * status);    
    参数说明：    
    status：子进程的结束状态值会由参数status 返回    
    pid_t：如果执行成功则返回子进程识别码（PID），如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno 中

> 进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。  
> 该函数我的理解是：为了避免出现僵尸进程（即父进程没有wait读取子进程的退出信息）

[70]: /images/20220526/18b56187f0a84e12bdf49c32de51545c.png