最近一周學(xué)習(xí)了Linux?進(jìn)程編程的知識(shí)，現(xiàn)對(duì)其總結(jié)如下。

在第一部分中我們先對(duì)進(jìn)程的基本概念以及在Linux 中是如何來(lái)現(xiàn)實(shí)進(jìn)程的進(jìn)行介紹

Tiger-John說(shuō)明?：

許多人在學(xué)習(xí)中只注重如何編程，卻忘了注重原理,不去深究其基本原理。其實(shí)操作系統(tǒng)的原理就好比金庸武俠小說(shuō)的內(nèi)功一樣，而所有的具體實(shí)現(xiàn)如：Linux操作系統(tǒng)，uc/os操作系統(tǒng)都只是武功招式而已。如果我們內(nèi)功學(xué)的很好的話，再來(lái)學(xué)習(xí)具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是很快的。而且也會(huì)對(duì)其知識(shí)有更加本質(zhì)的了解。

一.進(jìn)程的基本概念：?1.為什么計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)要引進(jìn)進(jìn)程：?在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的是為了使多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行?，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)吞吐量。?2.進(jìn)程的概念：?進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，進(jìn)程是擁有資源的最小單位和調(diào)度單位(在引入線程的操作系統(tǒng)中，線程是最小的調(diào)度單位)?3.進(jìn)程由什么組成?進(jìn)程由進(jìn)程控制塊(PCB)，數(shù)據(jù)，程序3部分組成。其中PCB是進(jìn)程的靈魂。?4.進(jìn)程的狀態(tài)：?進(jìn)程的三種最基本的狀態(tài)是：運(yùn)行態(tài)(running),就緒態(tài)(readying),阻塞態(tài)(block)?5.進(jìn)程和程序的區(qū)別：?進(jìn)程和程序的主要區(qū)別是進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的。進(jìn)程時(shí)運(yùn)行中的程序，程序是一些保存在硬盤上的可執(zhí)行的代碼。?6.進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

(任何事物都是有其兩面性。我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候要注意其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。人們也就再發(fā)現(xiàn)事物缺點(diǎn)的過(guò)程中，不斷的去改善它，從而引入了新的事物。在操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)很多這樣的例子。人們?cè)诓粩嘧非笸昝赖倪^(guò)程中，不斷的引入新的知識(shí)點(diǎn)--進(jìn)程和線程的出現(xiàn)就足可以說(shuō)明這一切)

優(yōu)點(diǎn)：使多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行?缺點(diǎn)：程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)付出了巨大的時(shí)空開(kāi)銷，每個(gè)進(jìn)程在進(jìn)行切換時(shí)身上帶了過(guò)多的“累贅”導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。?于是人們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)缺點(diǎn)想到讓進(jìn)程在并行時(shí)不擁有資源---從而引入了線程的概念：即線程本身不擁有資源或者是很少的資源，進(jìn)程只是擁有資源的基本單位，線程是調(diào)度的基本單位?7.線程的引入：?在操作系統(tǒng)中引入線程則是為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)所付出的時(shí)空開(kāi)銷，使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性。?二.Linux中是如何具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)程和線程?1.在linux中通過(guò)task_struct結(jié)構(gòu)體來(lái)描述進(jìn)程的PCB,我們可以在include/linux/sched.h中看到對(duì)進(jìn)程task_struct的定義和進(jìn)程狀態(tài)的描述。?1>linux中的進(jìn)程狀態(tài)?a.運(yùn)行狀態(tài)：進(jìn)程正在運(yùn)行或在運(yùn)行隊(duì)列中等待運(yùn)行 。

b.可中斷等待狀態(tài)：進(jìn)程正在等待某個(gè)事件完成(如等待數(shù)據(jù)到達(dá))。等待過(guò)程中可以被信號(hào)或定時(shí)器喚醒。?c.不可中斷等待狀態(tài)：進(jìn)程正在等待某個(gè)事件完成并且等待中不可以被信號(hào)或定時(shí)器喚醒，必須一直等待到事件發(fā)生。

d.僵死狀態(tài)：進(jìn)程已終止，但進(jìn)程描述符依然存在，直到父進(jìn)程調(diào)用wait()函數(shù)后釋放。?e.停止?fàn)顟B(tài)：進(jìn)程因?yàn)槭盏絊INSTOP,SIGSTP,SIGTIN,SGIOU信號(hào)后停止運(yùn)行或者該進(jìn)程正在被跟蹤。

Tiger-john說(shuō)明：

1在include/linux/sched.h?中我們可以看到Linxu中進(jìn)程狀態(tài)的具體實(shí)現(xiàn)：?#defineTASK_RUNNING?0

#defineTASK_INTERRUPTIBLE?1

#defineTASK_UNINTERRUPTIBLE?2

#defineTASK_ZOMBIE?4

#defineTASK_STOPPED?8

其中：

TASK_RUNNING是就緒態(tài)，進(jìn)程當(dāng)前只等待CPU資源。

TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE都是阻塞態(tài)，進(jìn)程當(dāng)前正在等待除CPU外的其他系統(tǒng)資源；前者可以被信號(hào)喚醒，后者不可以。

TASK_ZOMBIE是僵尸態(tài)，進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束運(yùn)行，但是進(jìn)程控制塊尚未注銷。

TASK_STOPPED是掛起狀態(tài)，主要用于調(diào)試目的。進(jìn)程接收到SIGSTOP信號(hào)后會(huì)進(jìn)入該狀態(tài)，在接收到SIGCONT后又會(huì)恢復(fù)運(yùn)行。

2.我們可以在終端中通過(guò)命令ps或pstree查看當(dāng)前系統(tǒng)中的進(jìn)程?用ps命令可以查看進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)為R，可中斷等待狀態(tài)為S，不可中斷等待狀態(tài)為D，僵死狀態(tài)為Z，停止?fàn)顟B(tài)為T。

實(shí)例：

think@ubuntu:~$ ps -eo pid,stat?PID?STAT?1?Ss?2?S?3?S?37?SN?364?Ss?371?S<

442?S

1081?Ssl?1085?Ssl?1203?Ss+

3782?Ss

3803?R+

Tiger-John說(shuō)明：

在運(yùn)行結(jié)果中有一些后綴字符，其意義分別為

例如：Ssl說(shuō)明該進(jìn)程處于可中斷等待狀態(tài)，且該進(jìn)程為會(huì)話首進(jìn)程，而且是一個(gè)多線程的進(jìn)程。

2.linux系統(tǒng)的進(jìn)程間通信有哪幾種方式?1>管道( pipe )：管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)，而且只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用?。進(jìn)程的親緣關(guān)系通常是指父子進(jìn)程關(guān)系。

2>有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信?。

3>信號(hào)量( semophore ) ：信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)控制多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問(wèn)共享資源時(shí)，其他進(jìn)程也訪問(wèn)該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。?4>消息隊(duì)列( message queue ) ：消息隊(duì)列是消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。消息隊(duì)列克服了信號(hào)傳遞信息少、管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)。

5> 信號(hào) ( sinal ) ：信號(hào)是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。

6> 共享內(nèi)存( shared memory )：共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進(jìn)程所訪問(wèn)的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，但多個(gè)進(jìn)程都可以訪問(wèn)。共享內(nèi)存是最快的 IPC方式，它是針對(duì)其他進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專門設(shè)計(jì)的。它往往與其他通信機(jī)制，如信號(hào)兩，配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。

7>套接字( socket ) ：套解口也是一種進(jìn)程間通信機(jī)制，與其他通信機(jī)制不同的是，它可用于不同及其間的進(jìn)程通信。?3.進(jìn)程控制?1>linux進(jìn)程控制包括創(chuàng)建進(jìn)程，執(zhí)行進(jìn)程，退出進(jìn)程以及改變進(jìn)程優(yōu)先級(jí)等。?在linux系統(tǒng)中，用于對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制的系統(tǒng)調(diào)用有：?a.fork:用于創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。?b.exit :用于終止進(jìn)程?c.exec :用于執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序?d.wait :將父進(jìn)程掛起，等待子進(jìn)程終止?e.getpid :獲取當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程ID?f.nice?: 該變進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)?4.進(jìn)程標(biāo)識(shí)?1>Linux操作系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都是通過(guò)唯一的進(jìn)程ID標(biāo)識(shí)的。進(jìn)程ID是一個(gè)非負(fù)數(shù)。每個(gè)進(jìn)程除了進(jìn)程ID外還有一些其它信息，都可以通過(guò)相應(yīng)的函數(shù)獲得。

2>主要的函數(shù)有：

pid_tgetpid(void) :獲得進(jìn)程ID

pid_t getppid(void):獲得進(jìn)程父進(jìn)程的ID

pid_tgetuid(void)?:獲得進(jìn)程的實(shí)際用戶ID

pid_t geteuid(void) :獲得進(jìn)程的有效用戶ID

pid_t getgid(void) : 獲得進(jìn)程的實(shí)際組ID

pid_t getegid(void) 獲得進(jìn)程的有效組ID

Tiger-Johen說(shuō)明：?這些函數(shù)的聲明在sys/types.h和unistd.h 頭文件中。?2>用戶ID和組ID的相關(guān)概念?a.實(shí)際用戶ID(uid) ：標(biāo)識(shí)運(yùn)行該進(jìn)程的用戶

b.有效用戶ID( euid): 標(biāo)識(shí)以什么用戶身份來(lái)運(yùn)行進(jìn)程。

例如：一個(gè)普通用戶A，運(yùn)行了一個(gè)程序，而這個(gè)程序是以root 身份來(lái)運(yùn)行的，著程序運(yùn)行時(shí)就具有root權(quán)限。此時(shí)，實(shí)際用戶ID時(shí)A用戶的ID，而有效用戶ID是root用戶ID

3>函數(shù)實(shí)例：?表頭文件：#include

#include

函數(shù)定義：pid_t getpid(void)

函數(shù)說(shuō)明：getpid()用來(lái)取得目前進(jìn)程的進(jìn)程識(shí)別碼，許多程序利用取到的此值來(lái)建立臨時(shí)文件，以避免臨時(shí)文件相同帶來(lái)的問(wèn)題

返回值：目前進(jìn)程的進(jìn)程識(shí)別碼

函數(shù)實(shí)例：

#include

#include?#include

main()

{

printf("pid = %d/n", getpid());

}

三.進(jìn)程的內(nèi)存映像?1.Linux下程序轉(zhuǎn)化成進(jìn)程?a.Linux下C程序的生成分為4個(gè)階段：

預(yù)編譯

編譯

匯編

鏈接

Tiger-Johen說(shuō)明：

編譯器gcc進(jìn)過(guò)預(yù)編譯，編譯，匯編3個(gè)步驟將源程序文件轉(zhuǎn)換為目標(biāo)文件。

b.當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，操作系統(tǒng)將可執(zhí)行程序復(fù)制到內(nèi)存中。程序轉(zhuǎn)化為進(jìn)程通常需要經(jīng)過(guò)以下步驟：

內(nèi)核將程序讀入內(nèi)存，為程序分配內(nèi)存空間

內(nèi)核為該進(jìn)程分配進(jìn)程標(biāo)識(shí)符(PID)和其他資源

內(nèi)核為該進(jìn)程保存PID及相應(yīng)的狀態(tài)信息，把進(jìn)程放到運(yùn)行隊(duì)列中等待執(zhí)行。程序轉(zhuǎn)化為進(jìn)程后就可以被操作系統(tǒng)的調(diào)度程序執(zhí)行了。

2.進(jìn)程的內(nèi)存映像?a.進(jìn)程的內(nèi)存映像是指內(nèi)核在內(nèi)存中如何存放可執(zhí)行程序文件?。在將程序轉(zhuǎn)化為進(jìn)程的過(guò)程中，操作系統(tǒng)將可執(zhí)行程序由硬盤復(fù)制到內(nèi)存中。

b.linux下程序映像的一般布局如下：(從低地址到高地址)

1>代碼段：代碼段是只讀的，可被多個(gè)進(jìn)程共享。

2>數(shù)據(jù)段： 存儲(chǔ)已被初始化的變量，包括全局變量和已被初始化的靜態(tài)變量。

3>未初始化數(shù)據(jù)段：存儲(chǔ)未被初始化的靜態(tài)變量，它也被稱為bss段

4>堆：用于存放程序運(yùn)行中動(dòng)態(tài)分配的變量

5>棧：用戶函數(shù)調(diào)用，保存函數(shù)的返回地址，函數(shù)的參數(shù)，函數(shù)內(nèi)部定義的局部變量。

Tiger-Johen說(shuō)明：

可執(zhí)行程序和內(nèi)存映像的區(qū)別?：

a.可執(zhí)行程序位于磁盤中而內(nèi)存映像位于內(nèi)存中；

b.可執(zhí)行程序沒(méi)有堆棧，因?yàn)槌绦?被加載到內(nèi)存中才會(huì)分配堆棧；

c.可執(zhí)行程序雖然也有未初始化數(shù)據(jù)段但它并不被儲(chǔ)存在位于硬盤中的可執(zhí)行文件中；

d.可執(zhí)行程序時(shí)靜態(tài)的，不變的，而內(nèi)存映像隨著程序的執(zhí)行時(shí)在動(dòng)態(tài)變化的

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Linux系统下实现进程,Linux进程学习（一）之Linux进程的基本知识和实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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