Linux多进程与多线程

╰半夏微凉° 2023-06-14 06:26 8阅读 0赞

## Linux进程&线程 ##

**● 认识冯诺依曼体系结构**

**● 简单认识操作系统**

**● 进程概念（进程状态、优先级、环境变量、进程调度）**

**● 进程控制（僵尸进程、孤儿进程）**

**● 多线程**

**● 多进程 VS 多线程**

**● 进程地址空间**

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**1. 冯诺依曼体系结构：现代计算机硬件体系结构**

*  **输入设备**：键盘
 *  **输出设备**：显示器
 *  **存储器**：内存条
 *  **运算器**：中央处理器（CPU）
 *  **控制器**

**硬件结构决定了软件行为/所有设备都是围绕存储器工作的**

**2. 操作系统：内核+应用**

*  **功能：管理计算机软硬件资源**
 *  **定位**：搞管理的软件
 *  **目的**：让计算机更加好用

**如何管理：先描述，再组织**  
![操作系统][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTA2MDA5_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**库函数与系统调用接口的关系**：

*  库函数封装了系统调用的接口；上下级的调用关系

PS：man手册：
     1号  命令手册          
     2号  查看系统调用的接口  
     3号  显示库函数手册

## 3.进程 ##

● 站在操作系统的角度上，**进程**就是一个运行中的程序描述——PCB（**进程控制块**）  
● **LINUX下**这个**pcb实际上是一个结构体**，`struct task_strust{....}`

**进程如何描述一个运行中的程序**

*  **内存指针**
 *  程序计数器（保存下一步即将执行的指令）
 *  上下文数据
 *  **标识符PID**
 *  进程状态
 *  **优先级（交互性进程的优先级最高、批处理进程运行在后台，一直在循环默默处理，为了让操作系统运行更加良好）**
 *  记账信息（一个进程在cpu上运行的时间信息）
 *  I/O信息（文件I/O操作相关的信息）…

**Cpu的分时机制**：每个程序在cpu上运行都有一个时间片，时间片运行完毕则调度切换。

*  时间片：程序在cpu上运行的一段时间，这段时间运行完毕则调度切换。

**如何查看进程的命令**：

*  **ps -aux**(a：所有；u：添加用户信息，相比-ef信息更详细）
 *  ps -ef （查看所有的进程信息）
 *  **Pid\_t getpid(void)** 获取调用进程的ID

**进程状态：运行 就绪 阻塞**

**linux下的运行状态**：运行状态 R / 可中断休眠状态 S / 不可中断休眠状态 D / 停止状态T / 死亡状态 X / 追踪状态 t / 僵死状态 Z

#### 僵死状态：处于僵死状态的进程 ####

*  **僵尸进程**：**进程已经退出，但是资源没有完全释放**
 *  **僵尸状态的产生**：  
    子进程先于父进程退出，为了保存退出原因，资源并没有完全被释放；因此在子进程退出时，操作系统会通知父进程，让父进程获取子进程的退出原因，然后释放子进程所有资源。**如果父进程当前并没有关注子进程的退出状态，则子进程成为僵尸进程**。
 *  **僵尸进程的危害：资源泄漏**
 *  **僵尸进程的避免：进程等待**
 *  **僵尸进程的处理：退出父进程**

#### 孤儿进程 ####

*  父进程先于子进程退出，子进程会成为孤儿进程，运行在后台，父进程成为1号进程（init进程）（**孤儿进程退出不会成为僵尸进程**）

**守护进程/精灵进程**：特殊的孤儿进程（**在孤儿进程的基础上，脱离终端脱离登录会话**）（通常运行在后台，默默工作，不希望收到终端会话的影响）

## 4. 进程控制 ##

**进程创建**：`pid_t fork(void)`  
**进程优先级**：决定进程cpu资源的优先分配权  
**程序分类**：CPU密集/IO密集  
**进程分类**：批处理/交互式  
`Renice -n 19 -p pid`设置进程优先级（I/O密集性程序不需要设置优先级）

*  **Linux下Proc目录**：process的简称；**里面存放当前运行的进程信息**

**竞态条件**：多个执行流竞争执行

###### 函数的可重入与不可重入： ######

*  函数的重入：多个执行流同时进入一个函数执行代码
 *  可重入：函数重入不会造成数据二义，或者逻辑混乱。
 *  不可重入：函数重入又可能会造成数据二义，或者逻辑混乱。

**关键点：是否对全局数据进行的非原子安全操作**

**SIGCHLD信号：子进程退出后操作系统给父进程发送的通知信息**

*  这个**信号默认的处理方式，就是什么也不做**，因此子进程退出后在不等待的情况下会成为僵尸进程。
 *  这个信号是一个**非可靠信号**，意味着有大量子进程同时退出的时候，**有可能造成事件丢失**。

**ps：volatile关键字**

*  保持内存的可见性，防止编译器过度优化。
 *  **cpu每次都需要重新到内存中获取被修饰的变量的数据**。

//编译器代码优化
    Gcc---O0/1/2

## 5.多线程 ##

**线程概念**：**Linux下的线程**是一个轻量级进程，是**通过进程pcb描述实现的**，并且同一个线程组（进程）中的线程公用同一个虚拟地址空间，因此这个linux下的pcb相较于pcb更加轻量化，因此叫**轻量级进程**。

*  **线程是cpu调度的基本单位/进程是系统资源分配的基本单位**

说明：

1.  在传统的操作系统中，pcb就是进程，线程有个tcb;
2.  但在linux下，因为**线程是通过进程的pcb描述实现**的，因此linux下的pcb实际是一个线程，并且因为这些线程公用同一块虚拟地址空间，因此，也把linux下的线程称为轻量级进程，**相较于传统pcb更加轻量化**。

#### 进程VS线程 ####

1.  **pcb是轻量级进程（线程），进程是一个线程组**
2.  Linux下，线程是cpu调度的基本单位（因为是一个pcb)，而进程是资源分配的基本单位（因为一个程序运行起来虚拟地址空间、页表之类的都是分配给整个pcb的，分配给线程组、整个进程的）。

## 6. 多线程/多进程进行多任务处理的优缺点分析: ##

**多线程优点：**

1.  因为共用同一块虚拟地址空间，因此**线程间通信更加方便灵活（全局、传参）**
2.  **线程的创建与销毁成本更低**（创建进程需要创建pcb/页表/虚拟地址空间等等分配资源）
3.  **线程间的切换调度成本更低**

**多进程优点:**

*  **稳定、健壮性高**\-----适用于对主程序安全稳定性要求较高的场景：shell/服务器

## 7.进程地址空间（分页/虚拟地址空间） ##

#### **程序地址空间** ####

*  变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
 *  但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
 *  在Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址
 *  **我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理**

**OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址** 。

#### 进程地址空间![虚拟内存空间][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTA2MDA5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1] ####

**总结：上图说明，同一个变量，地址相同，其实只是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址**。

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