算法Day08-算法研习指导之Linux基本介绍

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-12-01 12:23 104阅读 0赞

### Linux的进程,线程和文件描述符 ###

*  基本概念
 *  进程
 *   *   *  计算机结构
 *  文件描述符
 *  线程

# 基本概念 #

*  在**Linux**中,进程就是一个数据结构
 *  理解**文件描述符,重定向,管道命令**的底层工作原理,就可以从操作系统的角度理解**Linux**中的线程和进程是没有区别的

# 进程 #

### 计算机结构 ###

*  **计算机结构:**
    
     *  内存空间:
        
         *  上半部表示用户空间
         *  下半部表示内存空间
     *  进程
     *  磁盘
     *  输入输出设备
 *  **用户空间:** 装着用户进程需要使用的资源
 *  **内核空间:** 存放内核进程需要加载的系统资源,这些资源一般是不允许用户访问的. 但是有的用户进程会共享一些内核空间的资源,比如一些动态链接库等
 *  **编译好的可执行程序只是一个文件.** 不是进程,可执行文件必须要载入内存,包装成一个进程才能运行
 *  **进程:** 是要依靠操作系统创建的,每个进程都有固有属性
    
     *  进程号**PID**
     *  进程状态
     *  打开的文件
        
         *  进程创建好后,读入程序,程序才会被系统执行
 *  **对于操作系统,进程就是一个数据结构:**

struct task_struct { 
    	// 进程状态
    	long state;
    	// 虚拟内存结构体
    	struct mm_struct **mm;
    	// 进程号
    	pid_t pid;
    	// 指向父结构的指针
    	struct task_struct  _ _rcu *parent;
    	// 子进程列表
    	struct list_head children;
    	// 存放文件系统信息的指针
    	struct fs_struct *fs;
    	// 一个包含进程打开的文件指针的数组
    	struct files_struct *files;
    }

*  **task\_struct**是**Linux**对于一个进程的描述,称为进程描述符
 *  \*\***mm:** 指向的是进程的虚拟内存,即载入资源和可执行文件的位置
 *  \***files:** 指向一个存放所有该进程打开的文件指针的数组

# 文件描述符 #

*  \***files:**
    
     *  文件指针数组
     *  通常情况下,一个进程会从**files\[0\]** 读取输入,将输出写入**files\[1\],** 将错误信息写入**files\[2\]**
 *  **文件描述符:**
    
     *  每个进程被创建时 **,file**的前三位被填入默认值,分别指向标准输入流,标准输出流,标准错误流
     *  文件描述符就是指这个数组的索引
     *  程序的文件描述符默认情况下**0**是输入 **,1**是输出 **,2**是错误
 *  默认情况下,计算机的输入流是键盘,输出流是显示器,错误流也是显示器.进程通过**系统调用**让内核进程访问硬件资源.在**Linux**中,一切皆文件,设备也是文件,可以进行读和写. 比如当前进程如果需要调用其余资源,则需要进行系统调用,让内核将文件打开,这个文件会被放到**files**的第**4**个位置
 *  **输入重定向:**
    
     *  程序读取数据会从**files\[0\]** 中读取
     *  只要将**files\[0\]** 指向一个文件,而不是键盘
     *  程序就会从这个文件中读取数据,而不是键盘

$ command < file.txt

*  **输出重定向:**
    
     *  程序会将数据写入到**files\[1\]** 中输出
     *  只要将**files\[1\]** 指向一个文件,而不是显示器
     *  程序就会将数据写入到这个文件中,而不会写入到显示器

$ command > file.txt

*  **错误重定向:**
    
     *  程序会将数据写入到**files\[2\]** 中输出
     *  只要将**files\[2\]** 指向一个文件,而不是显示器
     *  程序就会将数据写入到这个文件中,而不会写入到显示器

$ command > file.txt

*  **管道符:** 将一个进程的输出流和另一个进程的输入流接起一条 **\[管道\],** 数据就在这条管道中进行传递

$ cmd1 | cmd2 | cmd3

*  **Linux中一切皆文件:**
    
     *  不管是设备,进程 **,socket**套接字还是真正的文件,全部都可以读写,统一装进一个简单的**files**数组
     *  进程通过简单的文件描述符访问相应的资源. 具体细节交于操作系统,能够实现有效解耦,优美高效

# 线程 #

*  多线程和多进程都是并发,都可以提高处理器的利用效率
 *  **Linux中线程和进程基本没有区别:** 从**Linux**内核角度来说,线程和进程没有区别对待
    
     *  系统调用函数**pthread()** 可以新建一个线程. 系统调用**fork()** 可以新建一个子进程
     *  无论是线程还是进程,都是用**task\_struct**结构表示的,唯一的区别就是共享的数据区域不同
        
         *  线程基本上和进程没有区别,只是线程的某些数据区域和父进程是共享的,子进程是拷贝数据,而不是共享
     *  多线程程序要利用锁机制,避免多个线程同时同时向同一区域写入数据,否则会造成数据错乱
 *  **问题:** 既然进程和线程基本没有区别,并且多进程数据不共享,就不会存在数据错乱的问题,为什么多线程的使用比多进程要更加普遍呢?
    
     *  因为在现实场景中,数据共享的并发更加普遍
 *  只有**Linux**系统将线程看作是共享数据的进程,不做特殊对待. 其余操作系统是对线程和进程区别对待的,线程和进程各自持有特殊的数据结构
 *  **Linux**中新建线程和进程的效率都是很高的:
    
     *  对于新建进程时内存区域拷贝的问题
     *  **Linux**采用**copy-on-write**策略优化
     *  即并不真正复制父进程的内存区域空间,而是等到写操作时才去复制
     *  所以,在Linux中新建线程和进程都是很迅速的