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什么是进程主要特征主要组成部分进程状态进程优先级 1.什么是进程
概念#xff1a;
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目录
什么是进程主要特征主要组成部分进程状态进程优先级 1.什么是进程
概念
在操作系统中**进程Process**是一个正在执行的程序实例。可以将进程理解为一个动态的实体它不仅包括静态的程序代码还包括程序执行过程中涉及的所有信息如内存空间、文件描述符、CPU状态等。 管理的本质先描述再组织 为了方便管理进程将进程的信息抽象出来放在叫做进程控制块PCB的数据结构中。PCB是操作系统用来管理进程的核心数据结构包含了进程的所有重要信息。即进程程序代码PCB。 PCB的组成部分 进程标识符PID唯一标识进程的整数用于区分不同的进程。进程状态表示进程当前的状态如就绪、运行、阻塞、终止等。程序计数器PC指向下一个要执行的指令地址操作系统通过它来恢复进程的执行。CPU寄存器状态包括各个 CPU 寄存器的当前值以便在进程切换时能够恢复执行。内存管理信息包括指向进程地址空间的基址和限长或其他内存管理结构的信息。调度信息进程的优先级、调度策略等用于决定进程的执行顺序。进程间通信信息进程使用的信号量、消息队列、共享内存等用于进程之间的通信和同步。I/O状态信息包含进程打开的文件描述符、网络连接等信息帮助管理与 I/O 相关的操作。用户信息可能包括与用户相关的信息如用户 ID 和组 ID以确保安全性和访问控制。 2.主要特征 动态性进程是程序在操作系统中的一次执行过程因此是动态的。进程从创建到执行、暂停、终止等一直处于变化之中。 独立性每个进程都有自己的私有地址空间和资源彼此独立。一个进程的运行不应直接影响其他进程操作系统通过隔离机制确保进程之间的独立性。 并发性 在多任务操作系统中可以同时运行多个进程。多个进程可以并发执行在多核系统上可以真正实现并行在单核系统上则是通过快速切换实现“并行”。 并发任务可以交替进行而不一定是同时 并行多个任务同时进行 资源管理进程需要操作系统分配的各种资源如CPU时间、内存、文件句柄等才能正常运行。操作系统通过进程来管理和分配这些资源。 生命周期每个进程从创建到退出经历一个完整的生命周期包括创建、就绪、运行、等待或阻塞和终止等状态的转换。
3.主要组成部分
进程控制块PCB 每个进程在操作系统中都有一个进程控制块Process Control Block它记录了进程的相关信息如进程ID、进程状态、优先级、CPU寄存器状态、内存分配信息等。PCB 是操作系统管理和调度进程的核心数据结构。 地址空间每个进程有自己独立的地址空间分为代码区、数据区、堆栈区等。 代码区存储程序的执行代码。数据区存储全局变量和静态变量。堆区用于动态内存分配。栈区用于存储函数调用、局部变量、返回地址等。 CPU状态进程在运行时需要CPU寄存器、程序计数器等状态信息。操作系统会保存和恢复这些信息以便在进程切换时能够正确恢复进程的执行状态。文件和资源进程可能会打开文件、使用网络连接等。操作系统为每个进程维护一个资源表记录它使用的资源句柄。 PCB中已经包含了CPU状态和文件和资源也就是第3和第4点而在描述进程的组成部分时再次提及它们目的是强调它们在进程执行过程中的重要性。 4.进程状态
进程在其生命周期中经历多个状态。以下是进程的主要状态及其描述
新建状态New进程正在被创建。此状态表示操作系统正在为新进程分配必要的资源如内存、进程控制块等。就绪状态Ready进程已经获得了必要的资源但尚未被调度到CPU上执行。在这个状态下进程随时可以执行只待调度器选择它。运行状态Running进程正在使用CPU执行指令。在这个状态下进程被分配了CPU时间并正在执行其代码。阻塞状态Blocked / Waiting进程因为等待某些事件如I/O操作完成、资源可用等而无法继续执行。在这个状态下进程不能被调度到CPU上运行直到所等待的事件发生。终止状态Terminated进程完成执行或由于异常情况退出。此状态下进程的资源被释放操作系统会更新其PCB以反映进程的终止。挂起状态Suspended有些操作系统会引入“挂起”状态表示进程被暂时移出内存处于不活跃状态。此状态可以分为 挂起就绪Suspended Ready进程被挂起但可以被恢复到就绪状态。挂起阻塞Suspended Blocked进程因等待事件而被挂起。 就绪挂起状态Ready Suspended进程虽然在就绪状态但由于系统资源不足而被挂起。这时进程不能立即运行需等待资源可用。
上面的这些状态是站在所有操作系统的角度所谈的下面将介绍Linux操作系统的进程状态。
/*
* 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 */
};这是Linux操作系统kernel源代码里对进程状态的定义
R (running): 任务正在运行或已准备好运行。S (sleeping): 任务处于睡眠状态等待某个事件完成。D (disk sleep): 任务处于不可中断的睡眠状态通常是在等待磁盘 I/O。T (stopped): 任务已停止通常是由于信号或用户请求。t (tracing stop): 任务因跟踪而停止通常是由调试器引起的。X (dead): 任务处于“死亡”状态意味着已终止但资源尚未完全清理。Z (zombie): 任务是一个僵尸进程已经终止但在等待父进程读取其退出状态。
在实际的操作系统中挂起这一状态是不可见的被操作系统藏起来避免人为修改造成破坏。
特殊的进程状态
僵尸进程是一种已经终止但尚未被父进程回收的进程。 父进程Parent Process是指生成子进程的进程。每个进程在启动新的子进程时都会成为该子进程的父进程。 产生过程
子进程终止子进程完成任务并退出。进程状态保留操作系统保留子进程的进程 ID (PID) 和状态信息直到父进程通过 wait 系列系统调用读取它。等待父进程回收在父进程读取子进程的状态前子进程保持僵尸状态。此时它已释放资源但仍在进程表中占用一个位置。
孤儿进程是指其父进程已经终止但它本身仍在运行的进程。
处理过程
父进程终止孤儿进程的父进程意外退出或因故障而终止导致子进程失去父进程。重新分配给 init 进程在 Unix 和 Linux 系统中所有孤儿进程会被自动重新分配给 init 进程通常 PID 为 1该进程是所有进程的祖先。init 进程的职责之一是充当孤儿进程的新父进程。继续执行并回收孤儿进程在 init 进程的管理下继续执行并在其结束时由 init 进程回收避免产生僵尸进程。
5.进程优先级 为什么会有优先级 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。 怎么理解权限和优先级 权限是能不能做优先级是谁先做 进程优先级是指操作系统用来决定进程获得 CPU 时间的相对重要性和顺序的数值指标。优先级高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的Linux很有用可以改善系统性能。 上图是Linux操作系统的实时进程状态图输入ps -l输出简单解释下
FFlag进程的标志位代表进程的某些属性。SState进程的状态UIDUser ID表示进程所有者的用户 ID。PIDProcess ID进程的唯一标识符。PPIDParent Process ID父进程的 ID。CCPU Usage进程的 CPU 使用率百分比。PRIPriority进程的优先级。NINice Value进程的 nice 值影响优先级。ADDR内存地址。- 表示地址未被使用或不可用。SZSize进程的内存占用大小以页page为单位。WCHANWaiting Channel如果进程在等待资源这里会显示正在等待的内核函数。TTYTerminal进程关联的终端。两个进程都在 pts/0 上这意味着它们是通过同一终端会话伪终端启动的。TIME进程使用的总 CPU 时间。CMDCommand进程启动时的命令。
其中有关进程优先级的是PRI和NI。
PRI是进程的优先级其值越小优先级越高。NI是人为可以修改的地方PRI(new)PRI(old)NI我们通过更改NI值来影响进程的优先级其中NI的取值范围是[-20,19)。 如何修改NI值 输入top-r-进程的PID-NI值
