进程管理

进程概念

内核的功用：

进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动管理、安全功能等

Process：

运行中的进程的一个副本，是被载入内存的一个指令集合

• 进程ID（Process ID，PID）号码被用来标记各个进程
• UID、GID和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限，通常从执行进程的用户来继承
• 存在生命周期

task struct：

Linux内核存储进程信息的数据结构格式

task list：

多个任务的task struct组成的链表

进程内存：

• Page Frame：页框，用存储页面数据，存储Page 4k
• LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法，释放内
• 存物理地址空间和线性地址空间
• MMU：Memory Management Unit 负责转换线性和物理地址
• TLB：Translation Lookaside Buffer 翻译后备缓冲器，用于保存虚拟地址和物理地址映射关系的缓存

IPC：Inter Process Communication 进程间通讯

• 同一主机：
  • signal：信号
  • shm：shared memory 共享内存
  • semaphore：信号量，一种计数器
• 不同主机：
  • socket：IP和端口号
  • RPC：Remote Procedure Call 远程过程调用
  • MQ：消息队列，Kafka，ActiveMQ

进程创建：

• init：第一个进程
   父子关系
• 进程：都由其父进程创建，CoW
   fork()，clone()

进程状态

• Linux内核：抢占式多任务

进程类型：

• 守护进程：daemon，在系统引导过程中启动的进程，和终端无关进程
• 前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程

注意：两者可相互转化

进程状态：

• 运行态：running
• 就绪态：ready
• 睡眠态：
  • 可中段：interruptable
  • 不可中断：uninterruptable
• 停止态：stopped，暂停于内存，但不会被调度，除非手动启动
• 僵死态：zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭

进程的基本状态和转换

进程的基本状态和转换.jpg

• 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB（Process Control Block）进程控制块，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
• 就绪状态：进程已准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
• 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
• 阻塞状态：正则执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓冲区失败）而暂时无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
• 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行

状态之间转换六种情况

• 运行 --> 就绪：
  1. 主要是进程占用CPU的时间过长，而系统分配给该进程占用CPU的时间是有限的；
  2. 在采用抢先式优先级调度算法的系统中，当有更高优先级的进程要运行时，该进程就被迫让出CPU，该进程便由执行状态转变为就绪状态。
• 就绪 --> 运行：
  运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU
• 运行 --> 阻塞：
  正在执行的进程因发生某等待时间而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，如发生了I/O请求
• 阻塞 --> 就绪：
  进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列

以下两种状态是不可能发生的

• 阻塞 --> 运行：
  即使给阻塞进程分配CPU，也无法执行，操作系统在进行调度时不会从阻塞队列进行挑选，而是从就绪队列中选取
• 就绪 --> 阻塞：
  就绪态根本就没有执行，谈不上进入阻塞态

进程优先级

优先级：

• 系统优先级：数字越小，优先级越高
  0-139（CentOS 4,5）
   各有140个运行队列和过期队列
  0-98，99（CentOS 6及之后）
• 实时优先级：99-0，值最大优先级最高
• nice 值：-20到19，对应系统优先级100-139或99

Big O：时间复杂度，用时和规模的关系

O(1)理想值，O(logn)慢速增长，O(n)线性增长，O(n^2)抛物线，O(2^n)指数型