进程之基础

多任务编程

意义

充分利用计算机的资源提高程序的运行效率

定义

通过应用程序利用计算机的多个核心达到同时执行多个任务的目的，一次提高计算机运行效率

实施方案

• 多进程
• 多线程

并行

多个计算机核心在同时处理多个任务，这时多个任务间是并行关系

并发

同时处理多个任务，内核在多个任务间不断的切换，达到好像都在处理运行的效果。但实际一个时间点内核只能处理其中一个任务

进程

定义

进程就是程序在计算机中一次执行的过程

程序与进程的区别

• 程序一个可执行文件,一个静态文件的描述,静态的占有磁盘空间,不占计算机的系统资源
• 进程是一个动态的过程,占有计算机的系统资源(CPU内存等),有一定的生命周期
• 同一个程序的不同运行过程即为不同的进程,占用资源和生命周期都不一样

什么决定了进程的创建

• 用户通过应用层程序进行进程的创建申请
• 调用操作系统接口进行进程创建
• 告知系统内核创建新的进程提供给应用层使用

进程如何占有CPU

• 同一个内核同一个时刻只能运行一个进程
• 多个进程对内核资源进行抢占,由操作系统进行分配
• 哪个进程占有计算机内核我们称为该进程占有CPU的时间片

进程的创建流程

• 用户空间通过运行程序或者调用接口发起创建进程
• 操作系统接受用户请求,开始创建进程
• 操作系统分配计算机资源,确定进程状态,开辟进程空间等工作
• 操作系统将创建好的进程提供给应用程序使用

进程相关概念

CPU时间片

• 如果一个进程占有计算机核心,我们称为改进程占有计算机cpu时间片
• 多个任务之间是争夺cpu的关系,谁占有cpu最终是操作系统决定

PCB(进程控制块)

• 在Linux和Unix操作系统中,进程创建后会在内存中开辟一块空间存放进程的相关信息,这个空间称为PCB
• 进程控制块是操作系统查找识别进程的标志

进程相关命令

• ps aux 查看进程列表信息
• pstree 查看进程树
• ps -ajx 查看父进程PID

PID

在操作系统中每个进程都有一个唯一的ID号用来区别于其他进程。ID号由操作系统自动分配，是一个大于0的整数

虚拟内存

每个进程占有4G内存地址空间,这里的内存指的是虚拟内存

父子进程

在系统中除了初始化进行之外每个进程都是由父进程创建的,每个进程有一个唯一的父进程,一个父进程可能有多个子进程

进程状态

三态

• 就绪态
  进程具备运行条件,等待系统分配处理器资源以便运行
• 运行态
  进程占有CPU处于运行状态
• 等待态
  又称为阻塞或者睡眠态,指进程不具备运行条件,正在等待某些条件的达成

五态

• 新建态
  创建一个新的进程,获取资源的过程
• 就绪态
  进程具备运行条件,等待系统分配处理器以便运行
• 运行态
  进程占有CPU处于运行状态
• 等待态
  又称为阻塞或者睡眠态,指进程不具备运行条件,正在等待某些条件的达成
• 终止态
  进程执行结束,资源释放回收的过程

Linux下进程状态表示

• D：等待态（不可中断等待）
• S：等待态（可中断等待）
• T：等待态（暂停状态）
• R：运行态（包含就绪态）
• Z：僵尸态
• +：前台进程
• N：低优先级的进程
• <：高优先级的进程
• l：有子进程的,进程链接
• s：会话组组长

进程的优先级

优先级往往决定了一个进程的执行权限和占有系统资源的优先程度

优先级范围

-20 ~ 19 数越小,优先级越高,用户创建进程默认优先级为0

• top 动态查看系统进程运行信息,用<>翻页
• nice 以指定的优先级运行某个进程,小于以下的优先级需要加sudo
  • nice -9 ./while.py 以9的优先级运行程序
  • sudo nice --9 ./while.py 以-9的优先级运行程序
  • renice n PID 修改一个正在运行的进程的优先级

进程特征

• 进程之间运行互不影响 各自独立运行
• 进程是操作系统资源分配的最小单位
• 每个进程空间独立,各自占有一定的虚拟内存