Linux详解 --- 进程管理

进程管理一览

接下来的几篇博客，我将主要按照这个思维导图的划分去进行讲解。

管理

在理解什么是进程管理之前，我想我们可以先理解一下什么是管理！
问题：什么是管理？

管理的过程就是：“先描述，再组织”

• 也就是用信息(数据)去构建数据结构的过程
• 管理者就是对数据结构的管理

【所有事情都可以被分类为：决策 和 执行】

管理的三个角色：

• 被管理者(学生/软硬件资源)：
• 执行者(老师/驱动的角色)：执行
• 管理者(校长/操作系统OS) ：决策
• -> 决策的依据是什么？

信息（数据）

-> 信息量太大怎么办？

• 对信息进行分类，将同类的数据放在一起。
• 将这些信息放在一个结构体中。也就是抽象出一个结构体struct
• 即，这个结构体能够“描述”一个对象的信息 [面向对象]

结论：

• 被管理者和管理者可以不需要直接沟通。
• 管理者做管理就是对数据进行先描述，再组织。也就是对数据结构进行管理的过程。

进程概念

问题：什么是进程？我们该如何理解进程？

把程序加载到内存后，它就是进程了。 (方便理解，这里的定义是不准确的)

#换句话说，就是一个程序运行起来后，它就变成了进程。

前面我们提到了，管理就是要先描述再组织，那么对进程的管理该如何描述和组织呢？

其实在将程序的代码和数据加载到内存后，OS还会为其创建对应的数据结构-----进程控制块(process control block).

描述进程 — PCB （进程控制块）

进程控制块(PCB)本质就是一个结构体，它里面存储着进程的相关信息。(所以它可以用来描述进程)

在Linux中，进程控制块的具体名称是：task_struct

task_struct中所包含的内容

• 标识符：pid，它是一个进程的唯一标识符，每个进程都不一样
• 状态：包含进程状态、退出码、退出信号等
• 优先级：相对于其他进程的优先顺序
• 上下文信息：一个进程在执行的时候，处理器的寄存器中的数据。
• 时间片：描述一个进程能执行多久
• 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址
• I/O状态信息：包括显式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等
• 记账信息：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
   
   我接下来介绍一些task_struct中经常涉及的一些内容：

进程标识符

• 进程ID   —> getpid()
• 父进程ID —> getppid()
   在代码中，我们可以调用上面的两个接口去获取当前进程的pid和ppid。

	包含于<sys/types.h>和<unistd.h>
	pid_t getpid(void);
	pit_t getppid(void);

上下文信息

在进程切换的时候，当前进程若没执行结束，则会将CPU中的执行的信息保存到上下文数据中。

保存上下文信息的目的是为了下一次使用时能恢复到之前的状态。

简述进程的切换

在程序被加载到内存中时，操作系统会为其创建对应的task_struct结构体用于描述进程的信息。

由于CPU内部只有一套寄存器，计算时需要将内存数据移动到CPU内的寄存器中，形成当前的上下文数据。

当进程被切换时：（被切换的情况：①时间片到了 ②来了更高优先级的进程，当前进程被抢占了）

因此在进程切换前，会先保存上下文信息。以便于下一次恢复上下文。

进程优先级

问题：进程优先级是什么？

CPU资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级。

问题：为什么要有优先级？

存在优先级后，可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，就可以把不重要的进程安排到某个CPU上，可以极大地改善系统的整体性能。

问题：怎么设置/修改优先级？

利用PRI和NI调整优先级。

PRI与NI

在弄清楚PRI和NI之前，我们先来熟悉一条Linux中的指令！

	ps -l     //查看当前进程的优先级方面的信息（主要用来看优先级的）    //ps -al 也可以

通过这个图，我们的聚焦点主要集中在我圈出的这几列。

• UID：执行者的身份
• PID：代表该进程的pid（标识符）
• PPID：代表该进程的ppid，也就是父进程的pid
• PRI: 代表这个进程可被执行的优先级，PRI的值越小代表越早被执行。
• NI: 代表这个进程的nice值。

优先级的数据计算与取值范围：

• PRI: ps -l所显示的PRI值是经过计算后的新PRI。 PRI (new) = PRI (old) + nice；这里的PRI是new
• NI: nice值的取值范围是 [-20, 19] 共40个级别，nice值是进程优先级的修正数据。

优先级的修改

优先级的修改都是通过对nice值进行修改，从而间接的修改PRI的值的！
这里我们要介绍一下top命令了！

	top		#top命令相当于Windows中的任务管理器

概括修改优先级的流程：

进入top后 —> 按 “r” —> 输入进程PID —> 再输入nice值即可修改    //没权限要sudo一下

注意：每次输入nice值后，都是对基础 PRI 值进行修改的！！！
      即：每次调整都是从起始值PRI ± nice 值的
我举个🌰，

基础值PRI = 20，那么输入nice = 10后。 PRI —》30

在此 基础上再输入 nice = -10后。        PRI —》-10

解释：第二次也是在基础值PRI = 20的基础上进行±nice的！！！