一、进程的基本概念

在这里插入图片描述
在学习进程之前,我们可以简单的看一下我们Windows上正在进行的进程,
由上图可见,我们的计算机一次可以同时执行很多进程

进程的本质就是一个可执行文件,一开始存储在外存上,当把它加入到内存中时,就形成了一个进程

因此,你是不是认为,进程就等于加载到内存中的程序?又或者说是正在运行中的程序?

这些说法其实都是不完全正确的,一些课本也是这样说的

进程的定义:

  • 进程是系统进行资源分配的基本单位,是操作系统结构的基础。
  • 进程是担当分配系统资源(CPU时间,内存)的实体,是一个动态的概念
  • 它是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动

那么,进程在系统中到底是以什么形式存在呢?

在这里我们首先下结论,进程不仅仅只有它的代码,还有负责管理它的内核数据结构(内核PCB)对象

进程 = 内核数据结构(内核PCB对象) + 可执行程序

二、进程的描述组织(PCB对象)

1.PCB的基本概念

我们从上面知道,计算机可以同时拥有大量的进程,我们的操作系统要如何去管理进程呢?这时就得引入我们的PCB对象

在将一个可执行程序加载到内存时,我们会先在内存中先创建一个结构体(task_struct)来描述我们的进程,也就是保存我们进程属性和进程信息

2.为什么要有PCB对象(操作系统对进程的组织管理)

比如在一个学校,里面有许多的学生,也就是进程,同时也有一个校长,也就是操作系统,我们的校长要怎么管理学生呢?

在一个学生被录取到学校时,先到学校的一定不是学生,而是这个学生所有的属性信息(也就是上面的结构体),学校会将这个学生的属性信息导入到学校的系统中,通过这些学生的属性信息通过这些属性信息来对学生进行管理

比如在学校在录取时,需要学生进行排队录取,会根据成绩的高低,也就是优先级来排队,在这里排队的肯定不是你本人过来排队,而是你的被学校导入的属性信息在排队,操作系统也是这样,也是要通过这种方式来进行进程的管理,比如我们以后会学到进程也要排队,这里排队的就是进程的PCB对象,而不是进程可执行程序的代码和数据

因此,在以后所有对进程的控制和操作,都只能和进程的PCB有关,和进程的可执行程序没有关系

且操作系统会通过一些数据结构来管理我们的PCB对象,如下图用链表管理进程PCB对象

所以我们得出结论,操作系统将对进程的管理,转化成对PCB对象的管理
在这里插入图片描述

3.PCB对象的内部属性(tast_struct结构体)

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。

task_struct是Linux内核的一种数据结构,它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

task_ struct内容:

1.标示符: 描述本进程的唯一标示符,用来区别其他进程。
2.状态: 任务状态,退出代码,退出信号等。
3.优先级: 相对于其他进程的优先级。
4.程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
5.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
6.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]。
7.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。
8.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。
9.其他信息

task_struct结构体(看不懂系列):

Linux中task_struct用来控制管理进程,结构如下:

struct task_struct
{
 //说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
    volatile long state; 
 //Flage 是进程号,在调用fork()时给出
 unsigned long flags; 
 //进程上是否有待处理的信号
 int sigpending;  
 //进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
 mm_segment_t addr_limit; //0-0xBFFFFFFF for user-thead 
      //0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
                       
 //调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
 volatile long need_resched;
 //锁深度
 int lock_depth; 
 //进程的基本时间片
 long nice;      

 //进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
 unsigned long policy;
 //进程内存管理信息
 struct mm_struct *mm;
 
 int processor;
 //若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0,否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
 unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
 //指向运行队列的指针
 struct list_head run_list;
 //进程的睡眠时间
 unsigned long sleep_time; 

 //用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
 struct task_struct *next_task, *prev_task;
 struct mm_struct *active_mm;
 struct list_head local_pages;       //指向本地页面     
 unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
 struct linux_binfmt *binfmt;  //进程所运行的可执行文件的格式
 int exit_code, exit_signal;
 int pdeath_signal;     //父进程终止是向子进程发送的信号
 unsigned long personality;
 //Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
 int did_exec:1;
 pid_t pid;    //进程标识符,用来代表一个进程
 pid_t pgrp;   //进程组标识,表示进程所属的进程组
 pid_t tty_old_pgrp;  //进程控制终端所在的组标识
 pid_t session;  //进程的会话标识
 pid_t tgid;
 int leader;     //表示进程是否为会话主管
 struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
 struct list_head thread_group;   //线程链表
 struct task_struct *pidhash_next; //用于将进程链入HASH表
 struct task_struct **pidhash_pprev;
 wait_queue_head_t wait_chldexit;  //供wait4()使用
 struct completion *vfork_done;  //供vfork() 使用
 unsigned long rt_priority; //实时优先级,用它计算实时进程调度时的weight值
 //it_real_value,it_real_incr用于REAL定时器,单位为jiffies, 系统根据it_real_value

 //设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时,向进程发送SIGALRM信号,同时根据

 //it_real_incr重置终止时间,it_prof_value,it_prof_incr用于Profile定时器,单位为jiffies。

 //当进程运行时,不管在何种状态下,每个tick都使it_prof_value值减一,当减到0时,向进程发送

 //信号SIGPROF,并根据it_prof_incr重置时间.
 //it_virt_value,it_virt_value用于Virtual定时器,单位为jiffies。当进程运行时,不管在何种

 //状态下,每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时,向进程发送信号SIGVTALRM,根据

 //it_virt_incr重置初值。

 unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
 unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
 struct timer_list real_timer;   //指向实时定时器的指针
 struct tms times;      //记录进程消耗的时间
 unsigned long start_time;  //进程创建的时间

 //记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
 long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
 //内存缺页和交换信息:

 //min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数(Copy on Write页和匿名页)和主缺页数(从映射文件或交换

 //设备读入的页面数); nswap记录进程累计换出的页面数,即写到交换设备上的页面数。
 //cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数,主缺页数和换出页面数。

 //在父进程回收终止的子进程时,父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
 unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
 int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
 //进程认证信息
 //uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符,通常是进程创建者的uid,gid

 //euid,egid为有效uid,gid
 //fsuid,fsgid为文件系统uid,gid,这两个ID号通常与有效uid,gid相等,在检查对于文件

 //系统的访问权限时使用他们。
 //suid,sgid为备份uid,gid
 uid_t uid,euid,suid,fsuid;
 gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
 int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
 gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组

 //进程的权能,分别是有效位集合,继承位集合,允许位集合
 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;

 int keep_capabilities:1;
 struct user_struct *user;
 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];  //与进程相关的资源限制信息
 unsigned short used_math;   //是否使用FPU
 char comm[16];   //进程正在运行的可执行文件名
 //文件系统信息
 int link_count, total_link_count;

 //NULL if no tty 进程所在的控制终端,如果不需要控制终端,则该指针为空
 struct tty_struct *tty;
 unsigned int locks;
 //进程间通信信息
 struct sem_undo *semundo;  //进程在信号灯上的所有undo操作
 struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时,他在该队列中记录等待的操作
 //进程的CPU状态,切换时,要保存到停止进程的task_struct中
 struct thread_struct thread;
   //文件系统信息
 struct fs_struct *fs;
   //打开文件信息
 struct files_struct *files;
   //信号处理函数
 spinlock_t sigmask_lock;
 struct signal_struct *sig; //信号处理函数
 sigset_t blocked;  //进程当前要阻塞的信号,每个信号对应一位
 struct sigpending pending;  //进程上是否有待处理的信号
 unsigned long sas_ss_sp;
 size_t sas_ss_size;
 int (*notifier)(void *priv);
 void *notifier_data;
 sigset_t *notifier_mask;
 u32 parent_exec_id;
 u32 self_exec_id;

 spinlock_t alloc_lock;
 void *journal_info;
 };

三、查看进程

1.ps指令

用于查看进程状态,常用于系统管理和故障排除。

使用该命令可以列出当前系统中正在运行的进程,以及它们的PID、CPU利用率、内存占用等信息。

选项:

-a:显示所有用户的进程(等同于-e选项)。
-u:以用户为主的格式来显示进程信息。
-x:显示没有控制终端的进程。
-f:全格式显示,包括UID、PID、PPID、C、STIME、TTY、TIME、CMD等信息。
-e:显示所有进程

ps命令会结合多个选项来使用,以便更精确地控制输出的信息

常用:

ps ajx | head -1 

查看当前系统中所有进程

2.top指令

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提供了一个动态的视图,展示了系统中各个进程的资源占用情况,包括 CPU 使用率、内存占用、运行时间等,以及系统的整体状态,如 CPU 和内存的负载情况。

PID:进程ID
USER:运行该进程的用户
PR:进程的优先级
NI:nice值,用于调整进程的优先级
VIRT:虚拟内存使用量
RES:常驻内存使用量
SHR:共享内存大小
S:进程状态(如S表示睡眠,R表示运行)
%CPU:CPU使用率 %MEM:内存使用率
TIME+:进程使用的CPU时间总计
COMMAND:启动进程的命令名或命令行

top 命令显示的是实时的系统状态,因此它会定期更新显示的信息(默认是每3秒更新一次)。
你可以通过按 d 键和 s 键来自定义更新的间隔时间和延迟时间

3.通过 /proc 系统文件夹查看

所有进程都会在Linux 下的这个【proc】目录中
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