ipc;進程狀態;linux進程概念;

1.進程調用
2.CPU分配
3.進程創建
4.進程調度
5.內存分配與回收
6.進程類型
7.進程狀態
8.IO過程
9.IPC

一、Linux進程及作業管理
1.進程調用：
call:調用別人實現編寫好的功能模塊
可以基於{system call/lib調用}或者混合調用

系統調用：通常在內核發生
庫調用：有的可能是一個獨立的模塊，有的可能是對系統調用的二次封裝

進程調用意味著什麽？
CPU指令：普通指令：ring3 //任何應用程序都可以執行
特權指令：ring0//不允許程序隨意調用，由內核調用，來實現硬件平臺的管理
任何程序需要運行特權指令，OS把其封裝成調用，必須要向內核發起調用，由內核執行

system call在ring3，發起在ring0運行，然後調用完成後返回ring3
該進程需要運行ring0的指令的時候：發起軟中斷，目的在於發起system call
//內核把該代碼載入cpu，把執行結果返回給調用者，調用後繼續運行後續代碼
//程序需要暫停運行：system call之後繼續運行，這叫軟中斷

CPU指令分為：
特權指令：ring 0 //root環，內存尋址，內存控制，設置內存的訪問權限為w/r
//普通用戶的特權指令是不允許運行特權指令的
//內核級別和OS級別代碼，才會去運行特權指令
ring1，ring2，//歷史原因，沒有使用
用戶指令：ring3


運行用戶代碼的時候：用戶模式/用戶空間
進程發起system call，需要軟中斷：內核模式/內核空間

例如mkdir /tmp/a :這就需要一次中斷，因為要對硬件進行操作
內核的作用：進程管理，fs，network functions
cpu會在用戶指令和內核指令之間來回切換：模式切換
一般：70%代碼在用戶進程，其他的內核進程最好

2.CPU如何進行資源分配//假如cpu只有一個
時間片切割：time split
進程有優先級的概念：輪流使用CPU
1.假如一個進程霸占cpu不放
需要一個仲裁機制：內核(進程管理:負責進程調度)
2.保存進程狀態
在cpu上的寄存器上，cpu上有寄存器：保存的是當前進程的狀態
一旦切換到下一個指令後，這些值都會發生改變
進程保護與恢復：
現場信息：由內核負責保存，在內存中存放
進程信息：進程號，占用的內存號，狀態，cpu時間分配等
切換由內核完成，
linux內核存儲的進程信息的固定格式：task struct //task結構體
//結構體信息，使用鏈表存儲，方便查找
//多個任務的task struct組成的鏈表：task list
process：運行中的程序的一個副本
存在生命周期
//程序是一個靜態的文件
3.當中斷發生的時候，必須由內核接管一切

3.進程創建
每一個進程的組織結構都是一樣的
內核創建了第一個進程：init
init：上帝的使者
//init創建後，意味著用戶空間也被創建出來了
相當於總代理：
他可以創建子進程，子進程創建子進程
父子關系
進程：都由其父進程創建 //需要向內核申請
fork()，clone() //創建子進程[可以為同一段內存空間]，只有在子進程需要寫數據的時候，才分家CoW(寫時復制)分配另外一段空間
//進程=指令+數據，需要寫數據的時候，CoW復制一份，進行分家
進程終止的話：釋放空間，父進程負責
父進程創建子進程：為了讓子進程運行某一特定任務，子進程完成後，需要進行銷毀

系統調用：
read(),write(),open()
並行執行，以線程運行：很普遍//一個父程序，創建其子進程，其線程可以同時運行在其他cpu上
一個進程可以產生多個線程，並行運行//多核

4.進程調度
優先級：劃分了固定個數：//kernel 2.6之後
0-99：實時優先級 //數字越大優先級越高
100-139:靜態優先級//用戶可指定，數字越小，優先級越高

nice值:-20-+19 //100-139 ，-20:100 +19:100 //調整優先級
Linux內核為了快速實現進程的調度：把系統上代運行的進程分了140個隊列
相同優先級的拍一隊 //只需掃描隊列的首部即可

Big O：算法復雜度
O(1),O(logn),O(n),O(n^2),O(2^n)

每一對運行隊列都有兩隊：//當運行隊列完成後，和過期隊列對換身份
運行隊列：真正掃描的
過期隊列：已經被調度過的隊列

task struck中存放的數據：
state,thread_info,flags,mm,tty,....
線程，內存信息，tty，fs，files，信號等

5.內存的分配與回收，創建等
內存分片：4K大小，單個成為page
page frame:頁框，用來存儲頁面數據
存儲page//頁框中存儲的數據成為頁數據
內存不能預測進程需要多少空間來使用：假設
---------------------------------|
|--------|-----------------------|//內存
內核占用 | 其他進程使用
把其他的內存：切割成固定大小的片段page，把這些片段分配給其他進程
內存占用的大小：不是固定的，後期可能會增長的

進程啟動後，內核把眾多分散的空閑的空間中找，拼湊起來分配給該進程
內存中存在大量的：page frame組成
而這些page frame：都以不連續或者部分連續的方式組成

頁對應的是線性地址的東西 而頁框對應的是物理地址 是實際的存儲區域

告訴進程是連續的：通過一個中間層，偽裝
每一個系統都認為：世界上只存在兩個人，自己和內核

進程的線性地址空間：每一個進程都假設自己有3G(32bit)的內存可用
物理地址空間：真正占用的空間可能只有很少
//他們之間是離散對應的，虛擬內存機制

LRU：最近最少使用算法
線性地址空間映射到內存空間
進程只能訪問：線性地址空間，
MMU:Memory Management Unit//內存管理單元：負責內存線性內存和物理內存之間的映射
一旦內存不夠使用：LRU算法，置換到swap中，輪到該進程的時候，再次換回去

//內核為每一個進程都保存有一個task_struck:記錄了線性地址空間和物理地址空間的對應關系

有些程序的數據是必須在內存中的：常駐內存集
能夠交換出去的：虛擬內存集

Linux內核：搶占式多任務//進程優先級高的搶占進程優先級低的
可以把別人運行所用的CPU時間片搶過來
只有在相應的時間點，才可以搶，不能進程剛上線，就開始搶了

6.進程類型：
守護進程：daemon，由內核在系統引導時啟動的進程
前臺進程：用戶通過終端啟用的進程//和終端相關
註意：也可把在前臺啟動的進程送往後臺，以守護模式運行

7.進程狀態：
運行態：running
就緒態：ready
睡眠態:
可中斷睡眠：interruptable
//CPU時間片到了就可以直接運行
不可中斷睡眠：uninterruptable //例如一個進程需要等待加載一個大文件，即使下一個cpu時間片到了，也沒有滿足運行條件
//進程等待的這個過程做什麽呢？不可能讓他占領cpu，只能讓他把cpu讓出來，讓其他進程運行，直到該進程滿足該條件
//這就叫做一次IO過程
//IO過程:某一進程需要加載的數據，內存中沒有，就不得不請求內核從磁盤把數據裝入到內存
//進程是沒有權限，加載數據到內存中的，只有向內核申請，但是內核通常只是加載的數據，是加載到內核空間中的內存中的
停止態：暫停於內存中，但不會被調度，除非手動啟動之，stopped
僵死狀態：zombie,一個子進程被創建後，並且任務完成後，等待被父進程清理
//父進程掛了，但是子進程依然存在

8.IO過程：
1.數據首先從磁盤裝入到內核內存中去
2.復制一份到進程內存中去
進程的分類：
CPU-Bound //CPU密集型
IO-Bound //IO密集型


9.IPC
IPC：inter preocess communication：進程間通信
//進程是意識不到其他進程的存在的
同一主機上：
signal //常見通信方式
shm:shared memory
semerphor:
不同主機上：
rpc:remote procecure call //遠程過程調用
socket：基於套接字的通信
//一個進程監聽在一個位置上，可以接受別人發送的消息
//一端只管向socket發數據，內核會自動把數據傳送到另一端，另一單

本文出自 “黑馬騰空” 博客，請務必保留此出處http://hmtk520.blog.51cto.com/12595610/1977631

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