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Linux——进程系列知识详述(操作系统 PCB进程控制块 查看进程状态等)

时间:2021-01-24 06:23:17

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Linux——进程系列知识详述(操作系统 PCB进程控制块 查看进程状态等)

文章目录

一、冯诺依曼体系二、操作系统(OS)1.概念2.设计OS的目的3.如何“管理”3.系统调用函数和库函数三、进程1.基本概念2.描述进程-PCBtask_struct-PCB的一种task_ struct内容分类3.查看进程1.ps命令2.`/proc`文件夹

一、冯诺依曼体系

了解进程之前,首先了解一些基本知识,如——冯诺依曼体系:我们常见的计算机,如笔记本。不常见的计算机、如服务器,大部分都服从冯诺依曼体系。

主要由五大部件组成:

1.存储器用来存放数据和程序

2.运算器主要运行算数运算和逻辑运算,并将中间结果暂存到运算器中

3.控制器主要用来控制和指挥程序和数据的输入运行,以及处理运算结果

4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能够识别的信息形式,常见的有键盘,鼠标等

5.输出设备可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式,如打印机输出,显示器输出等

输入单元:包括键盘,鼠标,扫描仪,写板等;

中央处理器(CPU):含有运算器和控制器等;

输出单元:打印机、显示器等。

关于冯诺依曼体系,需强调:

这里的存储器指的是内存不考虑缓存情况,这里的CPU能且只能对内存进行读写,不能访问外设(输入或输出设备外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据,也只能写入内存或者从内存中读取。一句话,所有设备都只能直接和内存打交道。

特点:

冯诺依曼体系结构的指令和数据均采用二进制码表示;指令在存储器中按顺序存放,通常指令是按顺序执行的,特定条件下,可以根据运算结果或者设定的条件改变执行顺序;指令和数据以同等地位存放于存储器中,均可按地址寻访;指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数所在存储器中的位置;

二、操作系统(OS)

1.概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,称为操作系统(OS)。笼统的理解,操作系统包括:

内核(进程管理,内存管理,文件管理,驱动管理)其他程序(例如函数库,shell程序等等)

2.设计OS的目的

与硬件交互,管理所有的软硬件资源(操作系统也是‘软件’)为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境

在整个计算机软硬件架构中,操作系统的定位是:一款纯正的“搞管理”的软件,所以说,操作系统最重要的作用也就是“管理

3.如何“管理”

首先,操作系统实现管理可以分为两部分——描述(结构体)+组织(链表)

描述使用自定义数据类型,如struct结构体

组织:使用双向链表对描述的内容进行组织

通过下图观察操作系统在计算机中的定位:

可以看到操作系统所在位置正是整个计算机的中间位置,起到了承上启下的作用。

3.系统调用函数和库函数

在上面的图中,我们看到操作系统上面的部分叫做系统调用接口,因此接下来就解释一下系统调用接口和库函数的区别。

系统调用接口:由操作系统内核为程序员提供的一系列内核函数,调用这些函数可以使用操作系统管理的资源;

库函数:系统调用在使用上,功能比较基础,对用户的要求相对也比较高,所以,有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装,从而形成库,有了库,就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。

查看函数类别

在linux系统中,我们可以使用man -函数名命令查看函数是系统调用函数/库函数,如果是系统调用函数,左上角显示(2),库函数左上角显示(3)。


三、进程

1.基本概念

首先了解程序:程序是经过源代码编译出来的文件,这个文件是静态的。

其次了解进程:进程是程序执行的一个实例,是正在执行的程序、是动态的,从内核的角度看,进程是操作系统分配资源的实体

2.描述进程-PCB

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中,可以理解为进程属性的集合。课本上称之为PCB(process control block),Linux操作系统下的PCB是:task_struct

task_struct-PCB的一种

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内容分类

标示符(pid): 描述本进程的唯一标示符,用来区别其他进程。(使用top命令可查看进程pid)状态: 任务状态,退出代码,退出信号等。

进程状态可分为:

R:运行状态

S:可中断睡眠状态

D:不可中断睡眠状态

T:暂停状态

ctrl+z:使得一个进程变成暂停状态,暂停后进程任然是存在,不同于ctrl+c

t:跟踪状态

在gdb调试的时候会出现

X:死亡状态

Z:僵尸状态优先级: 相对于其他进程的优先级。程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。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]。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。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。其他信息

3.查看进程

1.ps命令

可以通过ps aux命令和ps-ef命令查看进程状态。也可以配合管道查看想观察的进程,如ps aux|grep [可执行程序],使用该命令可以查看指定进程的状态

2./proc文件夹

/proc`文件夹保存了当前操作系统维护的所有进程信息,每一个进程都是一个文件夹。该文件夹下的文件以pid命名,代表每个进程。

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