Linux_进程理解、状态与优先级（详细版）

1.进程的概念

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。

其实：进程=内核的相关管理数据结构（task_struct、页表等）+程序的代码和数据

task_struct:是描述进程的结构体，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内容分类：

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、...

2.进程标识符PID

如何查看进程属性：

可以用ps ajx，也可以ls /proc(proc是一个存放进程属性的文件)
例：
ps ajx | head -1 && ps ajx |grep myproc
或
ls /proc

我们写一个程序

然后使它运行

这时我们查询PID

如果我们关闭进程后再查询，则查不到该进程打印出的PID，因为proc是实时更新的

在程序内获取PID的方法：

#include<unistd.h> //头文件

getpid();//返回该进程的PID

getppid();//返回该进程的父进程的PID

输出结果

如何杀掉进程:

kill -9 +该进程的PID

我们写一个死循环的程序，持续打印PID

然后使用kill -9 命令关闭该进程

3.系统调用创建进程：fork命令初识

fork有两个返回值：
如果返回值为0，则为子进程；
返回值大于0，则为父进程；
父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝)

让我们写个代码来更好的理解一下fork

运行起来

我们发现if和else if居然都运行了起来，并且在子进程中对val进行修改，父进程的val值并未改变

由此我们可以知道父子进程代码共享，且数据是独立的

4.进程状态

Linux进程状态本质就是用一个变量，取不同的值来表示；

linux进程有以下几个状态

R状态（运行状态）

一个进程已经准备就绪，可以随时被系统调度此时就是运行状态；

如果只要一个进程，cpu可以直接分配足够资源执行进程，但是，当有很多的进程被调度后，cpu的资源就不够分配 ，这时每个进程需要去竞争cpu资源，而cpu不可能同时给这么多进程分配资源；这时就要有一个运行队列（runqueue)把PCB组织起来；

进程在这个runqueue中，就是R状态

一个进程一旦持有cpu，会一直运行吗？

并不会
一个进程被拿到cpu执行时，并不是等这个进程执行完毕才切换下一个进程。
而是这多个进程在一个时间段内所有的进程都会执行（并发执行），
每个进程执行一个时间片的时间后，就会从cpu上拿下来，切换成下一个进程.(进程切换)
一个时间片通常是10ms左右

在查看进程状态时，我们会发现有x状态，也有x+状态,这是区分进程在前台执行还是在后台执行；

./process：进程在前台执行
./process &：进程在后台执行

S、D状态（休眠状态）

S状态：本质就是等待”资源“就绪，S状态可以中断；

D状态：也是一种休眠状态，不过D状态不可中断；

一个进程将1GB的数据放置到磁盘中，等待读取，我们知道外设读取速度是比较慢的，这时进程就会等待；但是在等待期间，OS内存严重不足（OS有权限来杀掉进程来释放空间的），这时如果OS看到这个等待的进程，把他杀掉，那么就会造成一个严重的问题：磁盘在读取数据时出现问题，这时它回去找调度它的进程，但是这时候发现进程没有了？？？就会造成这1GB数据的丢失。

如何避免这个问题？

给这个进程设置深度休眠状态，D状态，那么这个进程就不会被OS杀掉，就要等到进程自己醒来。注意D状态用kill也杀不掉，除非重启，有时要断电。

T、t状态

T状态：停止进程

t状态：遇到断点的暂停

kill -19 PID：暂停进程
kill -18 PID：继续进程

Z状态（僵尸进程）

Z状态：一个进程执行完毕，且进程也退出了，但是进程占用的资源并没有被完全释放。

让我们看下面的代码

将程序运行一段时间

子进程执行完后，父进程还在在执行

此时我们查询该进程的状态

子进程已经运行完毕，但是需要维持自己的退出信息，在自己进程的task_struct中会记录自己的退出信息，让父进程来读取，如果父进程没有读取，则该进程会一直存在。

孤儿进程

孤儿进程：父进程完成，而子进程还在执行；
孤儿进程一般由1号进程（OS本身）进行领养；

孤儿进程为什么要被OS领养?

要保证子进程被正常回收

X状态（死亡状态）

进程执行完毕，且所占用的资源全部释放；
kill -9 PID
killall 进程名

5.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）。

本质是指定进程获取某种资源的先后顺序（一个或者多个简单数字）
task_struct进程控制块--->struct----->内部字段---->int prio=xxx
Linux中数字越小，优先级越高；

优先级与权限的区别

权限：能不能的问题
优先级：已经能了，获取资源的先后问题

为什么要有优先级？

进程访问的资源（cpu）始终都是有限的。
而系统中进程大部分情况都是比较多的，所以进程之间会有竞争，为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。

Linux优先级的特点以及查看方式

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

PRI:进程优先级

NI:进程优先级的修正数据，nice值；

新的优先级=优先级+nice值。从而达到对进程优先级动态修改的过程

注意：nice值是有范围的：[-20,19] -----40个数字，且优先级都是从80开始的；

如何修改进程的优先级？

1.top命令
2.进入top后按 'r' ，输入要修改进程的PID,在输入NI值；