20201302姬正坤第六周学习笔记

Linux第三章学习笔记——Unix/Linux进程管理

一、多任务处理

多任务处理指的时同时进行几项独立活动的能力。多任务处理是通过在不同任务之间多路复用CPU执行时间来实现的。
如果切换速度够快，就会给人一种通知执行所有任务的错觉。这种逻辑并行性称为“并发”

上下文切换:

1. 将当前寄存器保存到调用切换任务的堆栈中，并将堆栈指针保存到proc.ksp中
2. 系统对进程进行调度，将活动就绪队列中的第一进程运行
3. 恢复目前运行进程上下文

二、进程的概念

在操作系统中，任务也成为进程。进程是对映像的执行。
操作系统内核将一系列执行视为使用系统资源的单一实体。
系统资源包括内存空间、I/O设备以及最重要的CPU时间。PROC结构体包含了某个进程的所有信息。

P1进程

1. 除P0之外所有进程的祖先
2. 所有孤儿进程的父进程
3. 处理所有僵尸进程

僵尸进程

一个子进程在其父进程还没有调用wait()或waitpid()的情况下退出。这个子进程就是僵尸进程。任何一个子进程(init除外)在exit()之后，并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构，等待父进程处理。这是每个子进程在结束时都要经过的阶段。

孤儿进程

父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。P1进程会wait()该进程结束，收集必要信息。

进程终止

正常终止

• 进程调用exit（value），发出_exit(value)系统调用来执行在操作系统内核中的kexit(value)

异常终止

• 进程因某个信号而异常终止

在这两种情况下，当进程终止时，最终都会在操作系统内核中调用 kexit(）

三、Unix/Linux中的进程

守护进程

P1运行时，将执行映像更改为init程序，P1通常被称为init进程，P1的大部分子进程都是用来提供系统服务的，称为守护进程

进程的产生

1. 内核启动代码强制创建P0进程，设置优先级为最低
2. P0进程初始化系统，并挂载根文件系统
3. 创建子进程P1，将进程切换到P1
4. P1创建守护进程
5. 系统启动完毕

进程执行模式切换

• 中断:外部设备发送给cpu信号，请求服务
• 陷阱:程序运行出现错误
• 系统调用:执行内核函数

四、I/O重定向

文件流和文件描述符

用于终端I/O的文件流：stdin(标准输入)、stdout(标准输出)、stderr(标准错误)

1. 标准输入:
   FILE *stdin -----------> FILE structure ；fd = 0
2. 标准输出:
   FILE *stdout -----------> FILE structure；fd = 1
3. 标准错误:
   FILE *stderr -----------> FILE structure；fd = 2

五、管道

管道是用于进程交换数据的单向进程件通信通道。管道有一个读取端和一个写入端。

管道操作的系统模型

• 演示管道操作

点击查看代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int pd[2],n,i;
char line[256];

int main()
{
    pipe(pd);
    printf("pd=[%d, %d]\n",pd[0], pd[1]);
    if(fork()){
        printf("parent %d close pd[0]\n",getpid());
        close(pd[0]);
        while(i++ < 10){
            printf("parent %d writes to pipe\n",getpid());
            n = write(pd[1], "I AM YOUR PAPA", 16);
            printf("parent %d wrote %d bytes to pipe\n",getpid(), n);
        }
        printf("parent %d exit\n", getpid());
    }
    else{
        printf("child %d close pd[1]\n", getpid());
        close(pd[1]);
        while(1){
            printf("child %d reading from pipe\n",getpid());
            if ((n = read(pd[0], line, 128))){
                line[n]=0;
                printf("child read %d bytes from pipe: %s\n", n, line);
            }
            else 
                exit(0);
        }
    }
}