最近一周學習了Linux?進程編程的知識，現(xiàn)對其總結(jié)如下。

在第一部分中我們先對進程的基本概念以及在Linux 中是如何來現(xiàn)實進程的進行介紹

Tiger-John說明?：

許多人在學習中只注重如何編程，卻忘了注重原理,不去深究其基本原理。其實操作系統(tǒng)的原理就好比金庸武俠小說的內(nèi)功一樣，而所有的具體實現(xiàn)如：Linux操作系統(tǒng)，uc/os操作系統(tǒng)都只是武功招式而已。如果我們內(nèi)功學的很好的話，再來學習具體的實現(xiàn)過程是很快的。而且也會對其知識有更加本質(zhì)的了解。

一.進程的基本概念：?1.為什么計算機操作系統(tǒng)要引進進程：?在操作系統(tǒng)中引入進程的目的是為了使多個程序并發(fā)執(zhí)行?，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)吞吐量。?2.進程的概念：?進程是程序的一次執(zhí)行，進程是擁有資源的最小單位和調(diào)度單位(在引入線程的操作系統(tǒng)中，線程是最小的調(diào)度單位)?3.進程由什么組成?進程由進程控制塊(PCB)，數(shù)據(jù)，程序3部分組成。其中PCB是進程的靈魂。?4.進程的狀態(tài)：?進程的三種最基本的狀態(tài)是：運行態(tài)(running),就緒態(tài)(readying),阻塞態(tài)(block)?5.進程和程序的區(qū)別：?進程和程序的主要區(qū)別是進程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的。進程時運行中的程序，程序是一些保存在硬盤上的可執(zhí)行的代碼。?6.進程的優(yōu)點和缺點

(任何事物都是有其兩面性。我們在學習的時候要注意其優(yōu)點和缺點。人們也就再發(fā)現(xiàn)事物缺點的過程中，不斷的去改善它，從而引入了新的事物。在操作系統(tǒng)的學習過程中，我們會發(fā)現(xiàn)很多這樣的例子。人們在不斷追求完美的過程中，不斷的引入新的知識點--進程和線程的出現(xiàn)就足可以說明這一切)

優(yōu)點：使多個程序并發(fā)執(zhí)行?缺點：程序并發(fā)執(zhí)行時付出了巨大的時空開銷，每個進程在進行切換時身上帶了過多的“累贅”導致系統(tǒng)效率降低。?于是人們?yōu)榱私鉀Q這個缺點想到讓進程在并行時不擁有資源---從而引入了線程的概念：即線程本身不擁有資源或者是很少的資源，進程只是擁有資源的基本單位，線程是調(diào)度的基本單位?7.線程的引入：?在操作系統(tǒng)中引入線程則是為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷，使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性。?二.Linux中是如何具體實現(xiàn)進程和線程?1.在linux中通過task_struct結(jié)構(gòu)體來描述進程的PCB,我們可以在include/linux/sched.h中看到對進程task_struct的定義和進程狀態(tài)的描述。?1>linux中的進程狀態(tài)?a.運行狀態(tài)：進程正在運行或在運行隊列中等待運行 。

b.可中斷等待狀態(tài)：進程正在等待某個事件完成(如等待數(shù)據(jù)到達)。等待過程中可以被信號或定時器喚醒。?c.不可中斷等待狀態(tài)：進程正在等待某個事件完成并且等待中不可以被信號或定時器喚醒，必須一直等待到事件發(fā)生。

d.僵死狀態(tài)：進程已終止，但進程描述符依然存在，直到父進程調(diào)用wait()函數(shù)后釋放。?e.停止狀態(tài)：進程因為收到SINSTOP,SIGSTP,SIGTIN,SGIOU信號后停止運行或者該進程正在被跟蹤。

Tiger-john說明：

1在include/linux/sched.h?中我們可以看到Linxu中進程狀態(tài)的具體實現(xiàn)：?#defineTASK_RUNNING?0

#defineTASK_INTERRUPTIBLE?1

#defineTASK_UNINTERRUPTIBLE?2

#defineTASK_ZOMBIE?4

#defineTASK_STOPPED?8

其中：

TASK_RUNNING是就緒態(tài)，進程當前只等待CPU資源。

TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE都是阻塞態(tài)，進程當前正在等待除CPU外的其他系統(tǒng)資源；前者可以被信號喚醒，后者不可以。

TASK_ZOMBIE是僵尸態(tài)，進程已經(jīng)結(jié)束運行，但是進程控制塊尚未注銷。

TASK_STOPPED是掛起狀態(tài)，主要用于調(diào)試目的。進程接收到SIGSTOP信號后會進入該狀態(tài)，在接收到SIGCONT后又會恢復運行。

2.我們可以在終端中通過命令ps或pstree查看當前系統(tǒng)中的進程?用ps命令可以查看進程的當前狀態(tài)。運行狀態(tài)為R，可中斷等待狀態(tài)為S，不可中斷等待狀態(tài)為D，僵死狀態(tài)為Z，停止狀態(tài)為T。

實例：

think@ubuntu:~$ ps -eo pid,stat?PID?STAT?1?Ss?2?S?3?S?37?SN?364?Ss?371?S<

442?S

1081?Ssl?1085?Ssl?1203?Ss+

3782?Ss

3803?R+

Tiger-John說明：

在運行結(jié)果中有一些后綴字符，其意義分別為

例如：Ssl說明該進程處于可中斷等待狀態(tài)，且該進程為會話首進程，而且是一個多線程的進程。

2.linux系統(tǒng)的進程間通信有哪幾種方式?1>管道( pipe )：管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，而且只能在具有親緣關(guān)系的進程間使用?。進程的親緣關(guān)系通常是指父子進程關(guān)系。

2>有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半雙工的通信方式，但是它允許無親緣關(guān)系進程間的通信?。

3>信號量( semophore ) ：信號量是一個計數(shù)器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其他進程也訪問該資源。因此，主要作為進程間以及同一進程內(nèi)不同線程之間的同步手段。?4>消息隊列( message queue ) ：消息隊列是消息的鏈表，存放在內(nèi)核中并由消息隊列標識符標識。消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點。

5> 信號 ( sinal ) ：信號是一種比較復雜的通信方式，用于通知接收進程某個事件已經(jīng)發(fā)生。

6> 共享內(nèi)存( shared memory )：共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進程所訪問的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個進程創(chuàng)建，但多個進程都可以訪問。共享內(nèi)存是最快的 IPC方式，它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號兩，配合使用，來實現(xiàn)進程間的同步和通信。

7>套接字( socket ) ：套解口也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用于不同及其間的進程通信。?3.進程控制?1>linux進程控制包括創(chuàng)建進程，執(zhí)行進程，退出進程以及改變進程優(yōu)先級等。?在linux系統(tǒng)中，用于對進程進行控制的系統(tǒng)調(diào)用有：?a.fork:用于創(chuàng)建一個新進程。?b.exit :用于終止進程?c.exec :用于執(zhí)行一個應用程序?d.wait :將父進程掛起，等待子進程終止?e.getpid :獲取當前進程的進程ID?f.nice?: 該變進程的優(yōu)先級?4.進程標識?1>Linux操作系統(tǒng)中，每個進程都是通過唯一的進程ID標識的。進程ID是一個非負數(shù)。每個進程除了進程ID外還有一些其它信息，都可以通過相應的函數(shù)獲得。

2>主要的函數(shù)有：

pid_tgetpid(void) :獲得進程ID

pid_t getppid(void):獲得進程父進程的ID

pid_tgetuid(void)?:獲得進程的實際用戶ID

pid_t geteuid(void) :獲得進程的有效用戶ID

pid_t getgid(void) : 獲得進程的實際組ID

pid_t getegid(void) 獲得進程的有效組ID

Tiger-Johen說明：?這些函數(shù)的聲明在sys/types.h和unistd.h 頭文件中。?2>用戶ID和組ID的相關(guān)概念?a.實際用戶ID(uid) ：標識運行該進程的用戶

b.有效用戶ID( euid): 標識以什么用戶身份來運行進程。

例如：一個普通用戶A，運行了一個程序，而這個程序是以root 身份來運行的，著程序運行時就具有root權(quán)限。此時，實際用戶ID時A用戶的ID，而有效用戶ID是root用戶ID

3>函數(shù)實例：?表頭文件：#include

#include

函數(shù)定義：pid_t getpid(void)

函數(shù)說明：getpid()用來取得目前進程的進程識別碼，許多程序利用取到的此值來建立臨時文件，以避免臨時文件相同帶來的問題

返回值：目前進程的進程識別碼

函數(shù)實例：

#include

#include?#include

main()

{

printf("pid = %d/n", getpid());

}

三.進程的內(nèi)存映像?1.Linux下程序轉(zhuǎn)化成進程?a.Linux下C程序的生成分為4個階段：

預編譯

編譯

匯編

鏈接

Tiger-Johen說明：

編譯器gcc進過預編譯，編譯，匯編3個步驟將源程序文件轉(zhuǎn)換為目標文件。

b.當程序執(zhí)行時，操作系統(tǒng)將可執(zhí)行程序復制到內(nèi)存中。程序轉(zhuǎn)化為進程通常需要經(jīng)過以下步驟：

內(nèi)核將程序讀入內(nèi)存，為程序分配內(nèi)存空間

內(nèi)核為該進程分配進程標識符(PID)和其他資源

內(nèi)核為該進程保存PID及相應的狀態(tài)信息，把進程放到運行隊列中等待執(zhí)行。程序轉(zhuǎn)化為進程后就可以被操作系統(tǒng)的調(diào)度程序執(zhí)行了。

2.進程的內(nèi)存映像?a.進程的內(nèi)存映像是指內(nèi)核在內(nèi)存中如何存放可執(zhí)行程序文件?。在將程序轉(zhuǎn)化為進程的過程中，操作系統(tǒng)將可執(zhí)行程序由硬盤復制到內(nèi)存中。

b.linux下程序映像的一般布局如下：(從低地址到高地址)

1>代碼段：代碼段是只讀的，可被多個進程共享。

2>數(shù)據(jù)段： 存儲已被初始化的變量，包括全局變量和已被初始化的靜態(tài)變量。

3>未初始化數(shù)據(jù)段：存儲未被初始化的靜態(tài)變量，它也被稱為bss段

4>堆：用于存放程序運行中動態(tài)分配的變量

5>棧：用戶函數(shù)調(diào)用，保存函數(shù)的返回地址，函數(shù)的參數(shù)，函數(shù)內(nèi)部定義的局部變量。

Tiger-Johen說明：

可執(zhí)行程序和內(nèi)存映像的區(qū)別?：

a.可執(zhí)行程序位于磁盤中而內(nèi)存映像位于內(nèi)存中；

b.可執(zhí)行程序沒有堆棧，因為程序 被加載到內(nèi)存中才會分配堆棧；

c.可執(zhí)行程序雖然也有未初始化數(shù)據(jù)段但它并不被儲存在位于硬盤中的可執(zhí)行文件中；

d.可執(zhí)行程序時靜態(tài)的，不變的，而內(nèi)存映像隨著程序的執(zhí)行時在動態(tài)變化的

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Linux系统下实现进程,Linux进程学习（一）之Linux进程的基本知识和实现的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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