一、多任務(wù)概述

1.定義：

讓系統(tǒng)具備同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的能力

2.實(shí)現(xiàn)過(guò)程

• 多進(jìn)程
• 多線程
• 進(jìn)程間通信

二、進(jìn)程概述

1.定義

一個(gè)正在運(yùn)行的程序稱為一個(gè)進(jìn)程，其運(yùn)行過(guò)程中需要消耗內(nèi)存和CPU。

2.程序和進(jìn)程的區(qū)別

                       程序                                                                                        進(jìn)程

靜態(tài)的數(shù)據(jù)集合，存儲(chǔ)在硬盤空間                    是一個(gè)程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過(guò)程，需要消耗內(nèi)存和CPU

程序運(yùn)行起來(lái)可以產(chǎn)生進(jìn)程                               進(jìn)程具備動(dòng)態(tài)生命周期，從產(chǎn)生到調(diào)度再到消亡

一個(gè)程序可以產(chǎn)生多個(gè)進(jìn)程                               一個(gè)進(jìn)程中也可執(zhí)行多個(gè)程序

3.進(jìn)程的產(chǎn)生

進(jìn)程產(chǎn)生時(shí)，操作系統(tǒng)都會(huì)為其分配0-4G的虛擬內(nèi)存空間。操作系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)如下圖所示：

（1）內(nèi)核: 1 文件管理；2. 進(jìn)程管；3. 內(nèi)存管理。

（2）棧區(qū)：1.保存局部變量；2.函數(shù)的形參和返回值；3.保存函數(shù)的調(diào)用關(guān)系（保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)）。

（3）堆區(qū)：1. 由開發(fā)人員手動(dòng)分配；2. 使用完要手動(dòng)釋放。

（4）數(shù)據(jù)區(qū)：

• data段：1. 已初始化的全局變量 ;2. 已初始化的靜態(tài)變量。
• bss段：1.未初始化的全局變量 ； 2. 未初始化的靜態(tài)變量（static）-->bss段初始時(shí)按位清0。
• 字符串常量區(qū):保存字符串常量   "hello world"

（5）文本區(qū)：1. 存放指令代碼   ；2. 存放常量。

4.進(jìn)程的調(diào)度

• CPU：

由于CPU數(shù)據(jù)處理速度快，因此是“宏觀并行，微觀串行”。

• cpu調(diào)度算法

1、時(shí)間片輪詢算法

2、先來(lái)先服務(wù)，后來(lái)后服務(wù)（任務(wù)隊(duì)列）

3、短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度

4、高優(yōu)先級(jí)先執(zhí)行，低優(yōu)先級(jí)后執(zhí)行

5.進(jìn)程的狀態(tài)

• 操作系統(tǒng)的三態(tài)圖：

• Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)：

• 各進(jìn)程狀態(tài)：

1.運(yùn)行態(tài)(用戶運(yùn)行態(tài)、內(nèi)核運(yùn)行態(tài))     R

正在執(zhí)行,且被CPU任務(wù)調(diào)度所執(zhí)行的進(jìn)程    

2.就緒態(tài)    R

正在執(zhí)行,沒(méi)有CPU任務(wù)調(diào)度執(zhí)行的進(jìn)程（只缺少cpu）

3.可喚醒等待態(tài)    S

也稱為睡眠態(tài),阻塞等待資源的進(jìn)程

4.不可喚醒等待態(tài) D

不想被CPU任務(wù)調(diào)度所打斷的進(jìn)程任務(wù)可以設(shè)置為不可喚醒等待態(tài)       

5.暫停態(tài)    T

被暫停執(zhí)行的進(jìn)程        

6.僵尸態(tài)    Z

進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束,空間沒(méi)有被回收        

7.結(jié)束態(tài)    X

進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束,空間被回收

6.進(jìn)程的消亡

• 進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束（進(jìn)程退出）
•  回收進(jìn)程資源空間

三、進(jìn)程相關(guān)的命令

• 父進(jìn)程：產(chǎn)生子進(jìn)程的進(jìn)程稱為父進(jìn)程
• 子進(jìn)程：父進(jìn)程產(chǎn)生出來(lái)的新進(jìn)程即為該父進(jìn)程的子進(jìn)程

1. ps  -aux

查看進(jìn)程相關(guān)參數(shù)：PID、狀態(tài)、CPU占有率、內(nèi)存占有率

• USER：創(chuàng)建者
• PID：進(jìn)程的ID號(hào)
• %CPU：CPU占有率
• %MEM：內(nèi)存占有率
• TTY：當(dāng)前進(jìn)程所關(guān)聯(lián)的終端
• STAT：當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)值（帶“+”號(hào)表示前臺(tái)進(jìn)程，不帶“+”號(hào)表示后臺(tái)進(jìn)程）
• START TIME：進(jìn)程創(chuàng)建的時(shí)間
• COMMAND：進(jìn)程的名稱（init進(jìn)程是操作系統(tǒng)啟動(dòng)的第一個(gè)進(jìn)程)

ps -aux | grep ./a.out

• |：管道 ：前面命令的輸出作為后面命令的輸入
• grep：字符串查找：在輸入中查找和后面字符串相關(guān)的數(shù)據(jù)        

2. top

動(dòng)態(tài)查看進(jìn)程的相關(guān)參數(shù)：CPU占有率、內(nèi)存占有率

——按照CPU、內(nèi)存占有率的高低進(jìn)行排列的

• PR、NI：表示進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，值越小，優(yōu)先級(jí)越高
• TIME+：進(jìn)程運(yùn)行的時(shí)間

3. ps -ef查看該進(jìn)程的ID和父進(jìn)程ID

4. pstree查看進(jìn)程的產(chǎn)生關(guān)系

pstree -p

查看進(jìn)程的產(chǎn)生關(guān)系(有PID號(hào))

pstree -sp  進(jìn)程PID號(hào)

查看某個(gè)指定的進(jìn)程的產(chǎn)生關(guān)系

5.kill

kill -信號(hào)的編號(hào)/信號(hào)的名稱  PID

向進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，讓進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生變化

由第一張圖片中可以看出20429進(jìn)程一開始是在R+運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行kill相關(guān)命令，其進(jìn)程被殺死。

結(jié)束一個(gè)進(jìn)程的三種表示形式：

kill -9 PID
kill -SIGKILL PID
killall -9  進(jìn)程名稱

kill -l

查看系統(tǒng)支持的信號(hào)

• 9——SIGKILL——殺死信號(hào)
• 19——SIGSTOP——暫停態(tài)信號(hào)
• 18——SIGCONT——喚醒信號(hào)

+前臺(tái)進(jìn)程后臺(tái)進(jìn)程

6. jobs查看當(dāng)前終端的后臺(tái)進(jìn)程

7.fg

[ fg 后臺(tái)進(jìn)程編號(hào)]

讓后臺(tái)進(jìn)程切換成前臺(tái)進(jìn)程

四、進(jìn)程相關(guān)的編程

1.實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的步驟

進(jìn)程創(chuàng)建 ：   fork()

• getpid()：獲取當(dāng)前進(jìn)程自己的PID號(hào)
• getppid()：獲取當(dāng)前進(jìn)程父進(jìn)程的PID號(hào)

進(jìn)程調(diào)度：操作系統(tǒng)完成

進(jìn)程消亡:

• 1.進(jìn)程退出：return、exit()相關(guān)函數(shù)
• 2.回收資源空間：wait（）、waitpid（）

2.進(jìn)程創(chuàng)建函數(shù)

pid_t fork(void);

功能：通過(guò)拷貝父進(jìn)程產(chǎn)生一個(gè)新的子進(jìn)程

• 子進(jìn)程完全拷貝父進(jìn)程0-3G的虛擬內(nèi)存空間
• 子進(jìn)程拷貝父進(jìn)程PCB（進(jìn)程控制塊）塊中的部分內(nèi)容：PID不拷貝

返回值：

• >0：父進(jìn)程 ，是子進(jìn)程的PID號(hào)
• ==0：子進(jìn)程
• -1 ：出錯(cuò)

3.示例程序

使用fork函數(shù)創(chuàng)建新進(jìn)程，

• 父進(jìn)程打印自己的PID和自己子進(jìn)程的pid
• 子進(jìn)程中打印自己的PID和父進(jìn)程的PID

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
    
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0)
    {   
       
        while(1)
        {   
            printf("I am father pid = %d sonpid = %d \n",getpid(),pid);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {   
        
        while(1)
        {

            printf("I am son pid = %d ppid = %d \n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error");
    }

    return 0;
}

注意：

1. 子進(jìn)程完完整整拷貝父進(jìn)程0-3G虛擬內(nèi)存空間。

2. 父子進(jìn)程棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、文本區(qū)、堆區(qū)完全獨(dú)立，數(shù)據(jù)不共享

3. 要想共享數(shù)據(jù)，需要使用進(jìn)程間通信方式實(shí)現(xiàn)

例如以下程序：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
    
    pid_t pid = fork();
    int num = 0;
    if(pid > 0)
    {   
       num = 100;
        while(1)
        {   
            printf("I am father pid = %d sonpid = %d  num = %d\n",getpid(),pid,num);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {   
        num = 1000;
        while(1)
        {

            printf("I am son pid = %d ppid = %d num = %d\n",getpid(),getppid(),num);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error");
    }

    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

3.進(jìn)程退出函數(shù)

（1）main中return

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
	return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{

	int i = 15;
	while (i--)
	{
		printf("PID = %d\n", getpid());
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

 （2) exit ()、_exit() :結(jié)束一個(gè)進(jìn)程

• exit (0) : 正常退出
• exit (非0) ：由于進(jìn)程產(chǎn)生了某種問(wèn)題，需要主動(dòng)退出進(jìn)程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
	exit(0);
	return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{

	fun();
	
	printf("hello world\n");
	return 0;
}

4.回收資源空間：

wait（）、waitpid（）

僵尸進(jìn)程：進(jìn)程退出后，但其資源空間未被父進(jìn)程回收

如何避免僵尸進(jìn)程產(chǎn)生：

1.  子進(jìn)程退出后，父進(jìn)程及時(shí)為其回收資源空間

2.  讓該進(jìn)程成為一個(gè)孤兒進(jìn)程，結(jié)束時(shí)被操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)進(jìn)程回收

孤兒進(jìn)程：父進(jìn)程先消亡，其對(duì)應(yīng)的子進(jìn)程成為一個(gè)孤兒進(jìn)程，會(huì)被系統(tǒng)進(jìn)程所收養(yǎng)

（守護(hù)類的進(jìn)程）

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	pid_t pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
	
		while (1)
		{
		
			printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
			sleep(1);
		}
	}
	else if (0 == pid)
	{
		int i = 15;
		while (i--)
		{
			printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		perror("fork error");
	}
	return 0;
}

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	pid_t pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
		int i = 10;	
		while (i--)
		{
		
			printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
			sleep(1);
		}
	}
	else if (0 == pid)
	{
		int i = 20;
		while (i--)
		{
			printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		perror("fork error");
	}
	return 0;
}

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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