【Linux】进程概念（万字详解）—— 冯诺依曼体系结构 | 操作系统 | 进程
(꒪ꇴ꒪(꒪ꇴ꒪ )🐣,我是Scort🎓🌍博客主页：张小姐的猫~江湖背景🌍快上车🚘，握好方向盘跟我有一起打天下嘞！送给自己的一句鸡汤🤔：🔥集中起来的意志可以击穿顽石🔥🙏作者水平很有限，如果发现错误，可在评论区指正，感谢🙏🎉🎉欢迎持续关注！🎉🎉 【Linux】进程概念 —— 冯诺依曼体系结构 | 操作系统 | 进程 ⚡欢迎来到Linux专栏 ~~进程概念一、冯洛伊曼体系结构🌌体系结构🌌数据流向🌌实例 二、操作系统 (Operator System)🌈是什么what？🌈为什么why？🌈怎么样管理how？ 三、进程 (process)🌊基本概念🌊描述进程-PCB🌊组织进程 四、查看进程五、通过系统调用获取进程标示符六、通过系统调用创建进程-fork初识1️⃣如何理解fork创建子进程2️⃣fork有两个返回值 七、进程状态💦进程状态💦僵尸进程💦孤儿进程 八. 进程优先级✨查看优先级✨调整优先级 📢写在最后 一、冯洛伊曼体系结构 🌌体系结构
说明：
输入设备：键盘，摄像头，话筒，磁盘，网卡输出设备：显示器、磁盘、网卡、显卡、音响存储器：指的是内存！不是磁盘中央处理器：其中运算器进行算术运算和逻辑运算 🌌数据流向冯 • 诺依曼体系结构规定了硬件层面上的数据流向，所有的输入单元的数据必须先写到存储器中 (这里只是针对数据，不包含信号(通过外设直接对 CPU 交互))，然后 CPU 通过某种方式访问存储器，将数据读取到 CPU 内部，运算器进行运算，控制器进行控制，然后将结果写回到内存，最后将结果传输到输出设备中。
由上图我们知道
cpu &&寄存器 > 内存 > 磁盘/SSD > 光盘 > 磁带
这里有一个不太严谨的运算速度的数据，CPU 是纳秒级别的；内存是微秒级别的；磁盘是毫秒级别的。当一个快的设备和一个慢的设备一起协同时，最终的运算效率肯定是以慢的设备为主，就如 “ 木桶原理 ”：也就是说一般 CPU 去计算时，它的短板就在磁盘上，所以整个计算机体系的效率就一定会被磁盘拖累，如果把软件数据放在内存里，cpu直接和内存交互，如此一来效率大大提升。
所以本质上可以把内存看作 CPU 和所有外设之间的缓存，也可以理解成这是内存的价值。
🔥总结：CPU不直接和外设打交道，因为CPU很快，外设很慢。因此有存储器在二者间起缓冲作用。在数据层面，任何外设，基本优先对内存读写；CPU也是直接对内存读写，内存是体系结构的核心设备，IO = input + output。
🌌实例对冯诺依曼的理解，不能只停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。从你打开窗口，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？
同理文件也是这样子接收的
二、操作系统 (Operator System) 🌈是什么what？操作系统，是一款专门针对软硬件进行管理的软件。
🌈为什么why？在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件
对上：给用户提供稳定、高效、安全的运行环境 —— 目的 对下：管理好软硬件资源 —— 方式 🌈怎么样管理how？🌊以学校中的管理类比，操作系统中——在学校里大概有这三种角色：
管理者和被管理者并不会直接打交道（就好像你在学校见过校长吗❓） 学生 (被管理者) —— 软硬件 辅导员 (执行者) —— 驱动 校长 (管理者) —— 操作系统如何管理我们？ 对我们做出各种决策，依据就是你的核心数据校长是如何做执行的？你的数据如何被校长拿到？ 通过辅导员🚩站在校长的角度———
用结构体来描述一个学生的数据 来用特定的数据结构来组织，于是对学生的管理工作，变成了对数据结构的增删查改———对多个学生进行管理！⚡管理的理念—— 先描述，再组织
先描述：被管理的对象 再组织：将被管理的对象用特定的数据结构组织起来🌏对应到操作系统——
⚡系统调用和库函数概念 ❗
在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，它不相信任何用户，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发者使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者就对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。类似于银行取钱时，一般都会雇佣服务人员 (库)，王大爷不会取钱，就叫指导人员来指导 (调用库)。其实对于库函数的使用要么使用了 SystemCall，如 printf 函数；要么没使用 SystemCall，如 sqrt 函数。
操作系统是怎么管理进行进程管理的呢？很简单，先把进程描述起来，再把进程组织起来！
三、进程 (process) 🌊基本概念 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体当我们启动一个软件的时候，本质上就是启动了一个进程 在linux中运行一条命令，./xxx运行的时候，其实就是在系统层面创建了一个进程
Linux是可以同时加载多个程序的，Linux是可能同时存在大量的进程在系统的OS、内存
🌊描述进程-PCB为什么要有PCB？因为我们要先描述进程，后管理
在任何进程形成的时候，操作系统要为进程创建PCB(process control block)，进程控制块 —— 就是描述进程的结构体
我们知道：文件 = 内容 + 属性 把mytest.exe加载到内存里，本质上只是把内容加载到内存里，可是我们要管理进程，这里就需要大量的PCB结构来描述这里的进程，其中PCB包含了进程所有的属性：（包括了代码在哪、数据在哪、谁启动、什么时间启动的）
对进程的管理，变成了对进程PCB结构体链表的增删查改❗
🔥🔥什么是进程？
进程 = 对应的代码和数据 + 进程对应的PCB结构体
struct PCB { //属性数据，进程全部的属性数据 }Linux 操作系统下的 PCB 是 task_struct，相当于是媒婆和王婆之间的关系。它会被装载到 RAM(内存) 里并且包含着进程的信息。
struct task_struct { //进程全部属性数据 }🌌 task_struct中有什么属性字段？
标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
优先级: 相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[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
I／O状态信息: 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
🌊组织进程可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。
四、查看进程我写了一段程序myproc.c就是隔1s打印，./运行，同时复制SSH渠道再打开一个窗口，便于监视进程。
💦查看进程
ps axj | grep "myproc"🌈关闭进程 ——
[Ctrl + C] kill -9 [pid] 向目标进程发送9号信号 -- 同时也证明pid能标识系统上的唯一进程其中下面的是grep进程，我们不用管
🌈以文件形式查看进程 ——/proc是Linux系统下查看进程的目录
ls /proc top //不常用 相当于任务管理器进程启动后，会在/proc下形成目录，以自身PID的编号作为目录文件名 ——
🌈查看该进程的属性数据
每个进程都会有一个属性，来保存自己所在的工作路径
在ls / proc 目录中，当我们停止掉某个进程，此进程目录就会消失所以proc目录是动态的
五、通过系统调用获取进程标示符我们可以使用 man 2 getpid/getppid 命令来查看人生中第一个系统调用接口：
💛 查看进程PID
执行以下代码———
#include<stdio.h> #include<unistd.h> int main() { while(1) { pid_t id = getpid();//获取的是自己进程的PID printf("hello world! pid: %d\n",id); sleep(1); } }父进程
执行以下代码———
#include<stdio.h> #include<unistd.h> int main() { while(1) { pid_t pid = getppid();//父进程 pid_t id = getpid();//获取的是自己进程的PID printf("hello world! pid: %d, ppid: %d\n",id,pid); sleep(1); } }这里我们发现父进程居然是bash，我们回想一下shell外壳 ❗❗可以看看这篇博客🚩shell外壳详解🚩 我们可以假设，这里的bash是王婆，为了完成任务，但又不想砸了自己的招牌，所以招了个实习生（可以理解成子进程）
我们在操作命令行的时候，父进程永远是bash外壳，其原理：shell外壳通过创建子进程的方式，以bash的子进程去执行
每次我们登录成功的时候，系统就会指派一个王婆跟着你，当你输入命令行的时候，王婆会说她帮你创建子进程去执行。卖个关子🚩王婆bash的父进程是谁？？
六、通过系统调用创建进程-fork初识💛 创建子进程
#include<stdio.h> #include<unistd.h> int main() { printf("I am parent process!\n"); fork(); printf("you can see me ?\n"); sleep(1); return 0; }调用了fork之后，我们发现打印了两次，其实就是又两个进程在实行来执行代码，💡下面我来深入探究
1️⃣如何理解fork创建子进程✨fork本质是创建进程，系统中多了一个进程，就多了一份与进程相关的内核数据结构PCB + 进程的代码和数据 。 我们fork只是创建了子进程，但是子进程对应的代码和数据呢？
默认情况下，子进程会继承父进程的代码和数据 💖代码：父子进程代码共享，但是父子进程对应的id值不同，所以会执行不同的代码 💖数据：默认情况下，数据也是“共享的”，不过修改时会发生写时拷贝来维护数据的独立性。子进程内核的数据结构task_struct，也会以父进程的为模板初始化自身注：if 和 else if 有没有可能是同时执行的呢？
没有！因为id在父进程里面是子进程的pid，在子进程里面是0，所以一般else运行父进程 2️⃣fork有两个返回值如何理解一个函数有两个返回值？
1️⃣因为在fork内部，return时子进程已被创建，甚至可以被调度了，父子进程各自会执行return语句。 2️⃣返回两次并不意味着会保存两次（买个关子后面讲👍）
我们创建的子进程和父进程是做相同的事情吗？岂不是没有意义 答：是通过if-else分流，让父子进程各自执行不同的代码段，而这就是通过fork的返回值来完成的。 ⚡创建失败：<0 ⚡创建成功：给父进程返回子进程的PID；给子进程返回0，表示成功创建
为什么给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid？ 💡首先我们知道：父进程：子进程 = 1:n 💡第二：因为父进程可能会创建多个子进程，这为了保证父进程能拿到想拿到的子进程（你爸给你起名字），而子进程返回 0 的原因是父进程对于子进程是唯一的(好比你不可能给你爸起名字)
父子进程被创建出来，哪一个进程先运行呢？ 答：不一定！！这个是由操作系统的调度器决定的
⚡多进程代码，让父子执行不同的事情：if else 分流
#include<stdio.h> #include<unistd.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id < 0) { perror("fork"); return 1; } else if(id == 0) { //子进程 while(1) { printf("I am child, pid :%d, ppid: %d\n", getpid(),getppid()); sleep(1); } } else { //父进程 while(1) { printf("I am father, pid :%d, ppid: %d\n", getpid(),getppid()); sleep(1); } } return 0； } 七、进程状态进程的状态信息也是在task_struct（PCB）中。进程状态的意义在于，方便OS快速判断进程，并完成特定的功能，比如调度。本质上是一种分类。
💦进程状态下面的状态在kernel源代码里定义：
/* * 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 */ };一个完整的进程状态的变迁如下图————
⭐️ R 运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中❓ 进程可能在运行队列中等或者正在被执行，就叫做 运行态，随时可以被CPU调度
⭐️ S 浅度睡眠状态(sleeping) ，也叫做可中断睡眠(interruptible sleep)
等待非CPU资源就绪。这种休眠是可被换醒的，我们可以 Ctrl + C 退出循环，而此时的进程就没了，也就是说它虽然是一种休眠状态，但是它随时可以接收外部的信号，处理外部的请求。⭐️ 挂起状态（也属于S 状态）
当内存不足的时候，OS提供适当的置换进程的代码和数据到磁盘中，PCB不换（好比你学籍还在，人把你赶走了）进程的状态就叫做挂起 📌你现在正在等待某种资源的时候，正巧内存不足了，内存不够是你正在阻塞状态，所以把你的代码数据置换到磁盘里，所以叫做“挂起阻塞”
⭐️ D 深度睡眠状态(Disk sleep)，也叫不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep) 进程处于D状态，不可被杀掉，耶稣来了都没用，只能等这个进程自动醒来,kill -9 都杀不掉它，也得等它醒来 （关机除外，有可能关机都要被磁盘写入卡住，只能拔电源） dd命令能够演示D状态进程（想知道的同学可以自行百度）
⭐️ T暂停状态(stopped) 可以通过发送 SIGSTOP（kill -19） 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
⭐️ X死亡状态(dead) 随时准备被OS回收。此状态只是一个返回状态，无法在任务列表中看到这个状态。因为回收进程是一瞬间发生的事情，我们很难直接捕捉到。
⭐️ Z僵尸状态(Zombie) 💦是什么：一个进程已经退出，但还不允许被OS释放，处于一个被检测的状态（好比出事了，警察要拉警戒线去调查原因），一般是父进程或者OS，想要得知该进程的结果，如何检测呢？这个我们后文再细说
💦为什么？ 维持该状态是为了让父进程和OS来回收，从Z状态变成X
演示R/S/T状态：同样的复制SSH渠道，监视
运行状态 R ——— 死循环 #include<stdio.h> int main() { while(1); return 0; } 睡眠状态S —— sleep #include<stdio.h> #include<unitsd.h> int main() { sleep(100) ; //睡眠100秒 return 0; } 暂停状态 T 我们先看看kill指令 暂停进程—— 这时，发送信号恢复状态，会发现S后面没有+号，[ctrl + C] 也没法终止程序，这是因为你的暂停和继续让进程变成了后台运行。 这时候直接 kill -9 pid //可直接删除⚡ 前台进程：S+ 和后台进程：S 的区别 ——
前台进程：./myproc，输入指令无效bash的命令行解释器就停止工作了，可以被【Ctrl +C】终止后台进程：./myproc &，可以执行指令，【Ctrl +C】 不能终止进程，退出进程要用kill 💦僵尸进程 子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程就进入Z状态僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码监控命令行脚本（常用）：
while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep myproc | grep -v grep; sleep 1; echo "########################"; done下面这段代码：我把子进程杀掉，父进程也不回收，看看子进程变啥样❓
#include<iostream> #include<unistd.h> using namespace std; int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { //child while(true) { cout << "I am a child, running!" << endl; sleep(2); } } else { //parent cout << "father do nothing!" << endl; sleep(50); } return 0; }如果没有人检测和回收(由父进程来做)，该进程退出就进入Z状态 ——
⚡僵尸进程的危害：进程的退出状态被一直维持，本身就需要数据维护，占用了内存空间，长时间的占用就会导致内存泄漏！！如何避免呢？我们后面讲
💦孤儿进程 父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？ 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程” 孤儿进程被1号init进程（系统本身）领养，当然要有init进程回收喽 此时进程变成了后台进程，【ctrl+c】停止不了，我们直接kill -9就好，乱了也没事 八. 进程优先级⚡什么是优先级？ cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）
⚡为什么要有优先级？ 因为CPU是有限的！进程太多，需要通过某种方式（优先级）竞争资源（）
✨查看优先级 ps -l我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：
PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行NI ：代表这个进程的nice值，优先值的修正数据；调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值UID : 代表执行者的身份注：
需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。nice值是进程优先级的修正修正数据 ✨调整优先级Linux具体优先级做法
优先级 = 老的优先级 + nice⚡调整优先级：用top命令更改已存在进程的nice值（频繁操作可能需要sudo）
top 进入top后按"r" → 输入进程PID → 输入nice值我们发现PRI默认是80 修改nice后：老的优先级都是80，也就是每次设置优先值都是在80上加减 nice其取值范围是-20至19，一共40个级别
为什么nice值处在一个相对较小的范围内呢？
因为优先级再怎么设置，也只能是一种相对的优先级，不能出现绝对的优先级，否则会出现严重的进程饥饿的问题。
其他概念：
竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发并发的切换：
📢写在最后 能看到这里的都是棒棒哒🙌！想必权限也算是Linux中重要🔥的部分了，如果认真看完以上部分，肯定有所收获。接下来我还会继续写关于📚《环境变量》等…💯如有错误可以尽管指出💯🥇想学吗？我教你啊🥇🎉🎉觉得博主写的还不错的可以`一键三连撒🎉🎉