馮諾依曼體系系統

我們常見的計算機，服務器大部分都遵循馮諾依曼體系

目前為止，計算機都是由一個個硬體組成

• 輸入單元：鍵盤，滑鼠，掃描儀，話筒，攝像頭，網卡，硬碟等
• 中央處理器(CPU):運算器，控制器等
• 輸出單元：顯示幕，列印機，音響，網卡，硬碟等
  

總結：
1、站在硬體角度&&在資料層面上，CPU只和記憶體打交道，外設只和記憶體打交道
2、資料要處理，必須預裝載到記憶體中，區域性原理，由作業系統完成預裝
程式要運行之前必須得先加載到記憶體中，為什么？
答：可執行程式 (檔案)是在硬碟上(外設)

作業系統

概念：任何計算機系統都包含一個基本的程式集合，稱為作業系統(OS),籠統的理解，作業系統包括：

• 內核(行程管理，記憶體管理，檔案管理，驅動管理)

• 其它程式(函式庫，shell程式等)
  設計OS的目的

• 與硬體互動，管理所有的軟硬體資源

• 為用戶程式(應用程式)提供一個良好的執行環境
  
  
  

總結

計算機管理軟體

• 1、描述，用struct 結構體
• 2、組織，用鏈表或其他高效的資料結構

系統呼叫和庫函式概念

• 在開發角度，作業系統對外會表現為一個整體，但是會暴露自己的部分介面，供上層開發使用，這部分由作業系統提供的介面，叫做系統呼叫
• 系統呼叫在使用上，功能比較基礎，對用戶的要求相對也比較高，所以開發者對部分系統呼叫進行封裝，從而形成庫，有了庫，就更有利于開發者進行二次開發

行程

基本概念

• 概念：程式的一個執行實體，正在執行的程式等
• 內核觀點：擔當分配系統資源(CPU時間，記憶體)的物體
  

描述行程 PCB

• 行程資訊被放在一個叫做行程控制塊的資料結構中，可以理解為行程屬性的集合
• PCB(process control block),Linux下task_struct是PCB的一種
  

task_struct

• 在Linux中描述的行程結構體叫 task_struct
• task_struct是Linux內核的一種資料結構，它會被裝載到RAM(記憶體)里并且包含著行程資訊

task_struct內容分類

• 標示符：描述本行程唯一的標示符，用來區別其他行程 pid ppid
• 狀態：任務狀態，退出代碼，推出信號等 STAT:S+:休眠 R+:運行 R:后臺運行
• 優先級：相對于其他行程的優先級
• 程式計數器：程式中即將被執行的下一條指令的地址PC/EIP
• 記憶體指標：包括程式代碼和行程相關資料的指標，還有其他行程共享的記憶體塊指標
• 背景關系資料：行程執行時處理器的暫存器中的資料
• I/O狀態資訊：包括顯示的I/O請求，分配給行程的I/O設備和被行程使用的檔案串列
• 記賬資訊：可能包括處理時間的總和，使用的時鐘數的總和，時間限制，記賬號等
  

問什么要有優先級？
答：CPU資源是有限的，行程可以有多個，行程需要進行優先級設定
如何理解行程排隊？
答：PCB結構體排隊

PCB以雙鏈表的形式鏈接，所謂管理行程-》對鏈表的增刪查改

前臺行程

在Linux命令列中，只能有一個前臺行程，
想要把前臺行程變成后臺行程：程式+&

刪掉后臺行程

$ kill -9 +pid的值

組織行程

可以在內核源代碼里找到它，所有運行在系統里的行程都以task_struct鏈表的形式存在內核里

查看行程

行程的資訊可以通過/proc系統檔案夾查看

大多數行程資訊同樣可以使用top和ps這些用戶級工具來獲取

1、找所有行程串列

$ ps aux

2、找指定檔案的行程

$ ps aux | grep '檔案名'

3、找出某個檔案的n行行程

$ ps aux | head -n && ps aux | grep '檔案名'

通過系統呼叫獲取行程識別符號

• 行程id(PID)
• 父行程id(PPID)

通過系統呼叫創建行程-fork初識

fork創建子行程，fork之前的代碼被父行程執行，fork之后的代碼默認被父子都可以執行

• 運行 man fork 認識 fork
• fork 有兩個回傳值 給父行程回傳子行程的pid,給子行程回傳0
  

• 父子行程代碼共享，資料各自開辟空間，私有一份(采用寫時拷貝)
• fork之后通常要用if 進行分流
  父子行程分流，“同時進行”
  
  

行程狀態

一個行程可以有幾個狀態(在Linux內核里，行程有時候也叫任務)

• R 運行狀態(Running)：行程不一定在運行中，它表明行程要么是在運行中要么在運行佇列里
  

• S 睡眠狀態(Sleeping)：行程在等待事件完成(睡眠有時候也叫可中斷睡眠)，隨時可以被喚醒/殺掉

• D 磁盤休眠狀態(Disk Sleep)：有時候也叫不可中斷睡眠，在這個狀態的行程通常會等到IO的結束，不會被殺掉，即使是作業系統；自動喚醒，才可以恢復

• T 停止狀態(stopped)：可以通過發送 SIGSTOP信號給行程來停止(T)行程，這個被暫停的行程可以通過發送SIGCONT讓行程繼續運行
  

• X 死亡狀態(dead)：這個狀態只是一個回傳狀態，不會在任務串列里看到

行程狀態查看

$ ps aux /ps axj

Z(zombie):僵尸行程

• 僵死狀態(zombie)：當行程退出并且父行程(使用wait()系統呼叫)沒有讀取到子行程退出的回傳代碼時就會產生僵死行程
• 僵死行程會以終止狀態保持在行程表中，并且會一直在等待父行程讀取退出狀態代碼
  只要子行程退出，父行程還在運行，但父行程沒有讀取子行程狀態，子行程進入Z狀態
  行程退出，在系統層面，曾經申請的資源并不是被立即釋放，而是要暫存一段時間，供OS(父行程)進行讀取

echo $?

• 命令列中，最近一次行程退出時候的退出碼
  
  行程退出的資訊(退出碼)，會暫時保存(task_struct),如果沒人讀取，此時，該task_struct相關資料不會被釋放

$ while :; do ps aux | head -1 && ps aux | grep myproc;echo"##############"; sleep 1 ; done

僵尸行程的危害

• 行程的退出狀態必須被維持下去，因為需要告訴父行程狀態，如果父行程一直不讀取，那子行程一直處于Z狀態
• 維護退出狀態本身就是要用資料維護，也屬于行程基本資訊，所以保存在task_sturct(PCB)中，Z狀態一直不退出，PCB一直需要維護
• 父行程創建子行程，不回收就會造成記憶體資源的浪費，因為資料結構物件本身就要占用記憶體
• 會造成記憶體泄漏

孤兒行程

• 父行程如果提前退出，子行程就稱為"孤兒行程"
  

行程優先級

• CPU資源分配的先后順序，就是指行程的優先權
• 優先權高的行程有優先執行的權力，配置行程優先權對多任務環境的Linux很有用，可以改善系統性能
• 可以把行程運行到指定的CPU上，這樣可把不重要的行程安排到某個CPU，可以改善系統整體性能

查看系統行程

在Linux和Unix系統中，用 ps -l 命令(只能查看當前Xshell登錄的行程)

• UID：代表執行者的身份
• PID：代表這個行程的代號
• PPID：代表這個行程的父行程的代號
• PRI：代表這個行程可被執行的優先級，其值越小越早被執行
• NI：代表行程的nice值

PRI和NI

• PRI是行程的優先級，或是程式被CPU執行的先后順序，值越小，優先級越高
• NI：nice值，表示行程可被執行的優先級的修正數
• PRI越小越先執行，加入nice值后，PRI(new)=PRI(old)+nice
• nice 為負時，優先級值變小，優先級變高，會被越快執行
• nice取值范圍是 -20~19
  Linux下，調整行程優先級，就是調整nice值

查看行程優先級的命令

用top命令更改已存在的行程

• top
• 按r->輸入行程PID->輸入nice值
  
  
  

其他概念

• 競爭性：系統行程數目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以行程之間是具有競爭性的，為了高效完成任務，更合理競爭相關資源，便有了優先級
• 獨立性：多個行程運行，需要獨享各種資源，多行程運行期間互不干擾
• 并行：多個行程在多個CPU下分別，同時運行，這稱之為并行
• 并發：多個行程在一個CPU下采用行程切換的方式，在一段時間內，讓多個行程得以推進，稱之為并發