进程概念

2019-11-26

描述进程

进程信息被放在一个叫做进程控制块(PCB，process control block)的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。

Linux 下的 PCB 是 task_struct，GitHub 上 Linux 源码的 /include/linux/sched.h 中。

关于 task_struct 详细一些的中文资料可以参看：task_struct 数据结构

task_struct 的内容

标识符：唯一的标识一个进程，PID；

状态：任务状态、进程退出码、退出信号等；

优先级：现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；

保存上下文：CPU 寄存器的内容保存到内存中；
恢复上下文：从内存中读入寄存器的值。

I/O 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。

组织进程

在Linux系统中，所有运行在系统里的进程都是 task_struct 链表(双向链表)的形式存在内核里。

查看进程

在 Linux 下可以在 /proc 中查看到文件形式的进程。

也可以通过 ps、top 命令查看进程。

进程状态

/fs/proc/array.c

/*
 * 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 */
};

Running 运行状态，表明进程要么在运行中要么在运行队列里，并不意味着一定在运行中；

Sleeping 睡眠状态 TASK_INTERRUPTIBLE，意味着进程在等待事件完成；

Disk sleep 磁盘休眠状态 TASK_UNINTERRUPTIBLE，有时候也叫不可中断睡眠状态或深度睡眠状态，在这个状态的进程通常会等待 IO 结束，一般在密集的进行 IO 操作的时候会出现，程序在临死前吐 core dump 就会出现 D 状态；

T stopped 停止状态，可以通过发送 SIGSTOP 信号来停止进程，这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让其继续运行（ctrl + z挂起，fg 再回来）；

tracing stop 跟踪状态，在 GDB 调试的时候出现；

Zombie 僵尸状态，僵尸进程的特征；

X dead 死亡状态，进程结束，只在源码中可以看到。

上面这些状态在 Linux 内核源码中可以看到定义，在操作系统调度进程的过程中进程有三种基本状态：运行、阻塞、就绪。（还有一些资料有说三态模型、五态模型、七态模型）

僵尸进程

子进程结束后，父进程没有回收子进程的资源。

僵尸进程的危害：

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程(父进程)，你交给我的任务，我办的怎么样了。这样就会导致一些数据需要一直被维护着，造成内存资源的浪费，内存泄漏。

避免产生僵尸进程：

进程等待（wait、waitpid）
fork 两次避免僵尸进程

孤儿进程

父进程结束，但是子进程还未结束，子进程就成为了一个孤儿进程，由 init 进程收养并回收。

进程调度

不同类型的操作系统中进程调度的算法是不同的。

操作系统中的进程调度策略

批处理系统常用调度算法：
①、先来先服务：FCFS
②、最短作业优先
③、最短剩余时间优先
④、响应比最高者优先

分时系统调度算法：
①、轮转调度
②、优先级调度
③、多级队列调度
④、彩票调度

实时系统调度算法：
①、单比率调度
②、限期调度
③、最少裕度法

进程的优先级

进程的优先级在操作系统中通常用于进程的调度。

top 命令可以查看当前系统上运行的进程信息，其中 PR 那一列就是对应进程的优先级。

在 Linux 中 PR 越小优先级越高，NI(nice) 表示修正值，最终系统认定的优先级是 PR + NI。

通过指令可以调整 nice 值，但是宏观一般看不出太大效果。

top 进入后按 r 输入进程 PID 输入 nice 值。

更多资料：https://www.cnblogs.com/lcword/p/8267342.html

进程地址空间

栈有多大？

测试方法：开数组进程测试

栈空间 8MB，由于被其他东西占用了一部分，所以不到 8MB。栈的大小是可以通过 ulimit 设置的。

堆有多大？

非常大~~~

32 位系统：4GB，上限取决于内存条（钱），如果是 16 GB 电脑，堆可能有 10 多GB。

什么时候用栈？什么时候用堆？

如果是小对象，并且需要频繁创建和销毁，推荐在栈上分配。
栈上分配内存更高效（esp寄存器的修改，esp-4）；
堆上分配内存就很复杂了，查阅malloc底层实现；
如果是大对象，必须在堆上分配。

如果是很大的对象又要频繁使用那怎么办？

内存池！！
（类似的有进程池、线程池、数据库连接池……）

EOF