Hedon

# 二、进程管理

进程是系统进行资源分配和调度的基本单位。

# 1. 进程实体 —— PCB

PCB：

  • 用于描述和控制进程运行的通用数据结构。
  • 记录进程当前状态和控制进程运行的全部信息。
  • PCB 的使用进程是能够独立运行的基本单位。
  • PCB 是操作系统进行调度经常会被读取的信息。
  • PCB 是常驻内存的，存放在系统专门开辟的PCB区域内。
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# [标识符]
  • 标识符唯一标记一个进程，用于区别其他进程。
# [状态]
  • 标记进程的进程状态，如：运行态。
# [程序计数器]
  • 进程即将被执行的下一条指令的地址。
# [内存指针]
  • 程序代码、进程数据相关指针。
# [上下文数据]
  • 进程执行时处理器存储的数据。
# [IO 状态信息]
  • 被进程IO操作所占用的文件列表。
# [记账信息]
  • 使用处理器时间、时钟数总和等。
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# 2. 线程

# 2.1 定义

线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。

线程自己基本上不拥有资源，只拥有一点在运行时必不可少的资源（如程序计数器、一组寄存器和栈），但它可以与同属一个进程的其他线程共享进程拥有的全部资源。

  • 一个线程看一看创建和撤销另一个线程
  • 同一个进程的多个线程之间可以并发执行
  • 线程也有就绪、阻塞和执行三种基本状态
  • 一个进程至少有一个线程

# 2.2 实现

# 内核级线程
  • 依赖于内核，由操作系统内核完成创建和撤消工作。
  • 在支持内核级线程的OS中，内核维护进程和线程的上下文信息并完成线程切换。
  • 一个内核级线程阻塞时不会影响其他线程的运行。
  • 处理机时间分配的对象是线程，所以有多个线程的进程将获得更多处理机时间。
# 用户级线程
  • 不依赖于操作系统核心，由应用进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制。
  • 用户级线程的维护由应用进程完成，可以用于不支持内核级线程的操作系统。
  • 当一个线程阻塞时，整个进程都必须等待，处理机时间是分配给进程的，进程内有多个线程时，每个线程的执行时间相对少一些。
# 两种方法的组合
  • 在这种系统中，内核支持多线程的建立、调度与管理；同时，系统中又提供使用线程库的便利，允许用户应用程序建立、调度和管理用户级的线程。
  • 因此可以很好地将内核级线程和用户级线程的优点结合起来。由此产生了不同的多线程模型。

# 2.3 模型

# 一对一模型
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# 多对一模型
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# 多对多模型
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# 3. 进程与线程的区别

# （1）进程
进程是程序的一次执行过程，是一个动态概念，是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，每一个进程都有一个自己的地址空间，至少有 5 种基本状态，它们是：初始态，执行态，等待状态，就绪状态，终止状态。

# （2）线程
 线程是CPU调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

# （3）联系
 线程是进程的一部分，一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

# （4）区别：从资源使用的角度出发。（所谓的资源就是计算机里的中央处理器，内存，文件，网络等等）
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是任务调度和执行的基本单位

在开销方面：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

所处环境：在操作系统中能同时运行多个进程（程序）；而在同一个进程（程序）中有多个线程同时执行（通过CPU调度，在每个时间片中只有一个线程执行）

内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；而对线程而言，除了CPU外，系统不会为线程分配内存（线程所使用的资源来自其所属进程的资源），线程组之间只能共享资源。

包含关系：没有线程的进程可以看做是单线程的，如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

# 4. 五状态模型

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# [创建]
  • 创建进程时拥有PCB但其他资源尚未就绪的状态称为创建状态。
  • 操作系统提供 fork() 函数接口创建进程。
# [就绪]
  • 当进程被分配到除CPU以外所有必要的资源后，只要再获得CPU的使用权，就可以立即运行，其他资源都准备好、只差CPU资源的状态为就绪状态。
# [执行]
  • 进程获得CPU，其程序正在执行称为执行状态。
  • 在单处理机中，在某个时刻只能有一个进程是处于执行状态。
# [阻塞]
  • 进程因某种原因如:其他设备未就绪而无法继续执行，从而放弃CPU的状态称为阻塞状态。
# [终止]
  • 进程结束由系统清理或者归还 PCB 的状态称为终止状态。

# 5. 进程同步

原则：

  • 空闲让进：资源无占用，允许使用
  • 忙着等待：资源有占用，请求进程等待
  • 有限等待：保证有限等待时间能够使用资源
  • 让权等待：等待时，进程需要让出 CPU

方法：

  • 消息队列
  • 共享存储
  • 信号量
  • 管程

# 5.1 生产者-消费者问题

有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程进行消费，生产者进程和消费者 进程可以并发执行，在两者之间设置了一个具有n可缓冲区的缓冲池，生产者进程需要将所生产的产品放到一个缓冲区中，消费者进程可以从缓冲区取走产品消费。

# 5.2 读者-写者问题

# 5.3 哲学家进餐问题

有五个哲学家，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐，哲学家们共同使用一张圆桌，分别坐 在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子。平时哲学家们只进行思考，饥饿时则试图 取靠近他们的左、右两支筷子，只有两支筷子都被他拿到的时候就能进餐，进餐完毕之后，放下左右筷子继续思考。

# 5.4 睡眠理发师问题

# 6. 线程同步

进程的多个线程共享进程资源。

  • 互斥锁
  • 自旋锁
  • 读写锁
  • 条件变量

# 6.1 互斥锁

# 6.2 自旋锁

# 6.3 读写锁

# 6.4 条件变量

# 7. Linux 进程管理

# 7.1 进程的类型

# [前台进程]

前台进程就是具有终端，能够跟用户进行交互的进程。

# [后台进程]

没有占用终端的进程就是后台进程，基本不和用户交互，优先级比前台进程低。

将需要执行的命令以 “&” 符号结束就可以启动一个后台进程。

# [守护进程]

守护（daemon）进程是特殊的后台进程。

很多守护进程在系统引导的时候启动，一直运行到系统关闭。

Linux 中典型的守护进程：名字以“d”结尾的一般都是守护进程：

  • crond：定时任务守护进程
  • httpd：http 服务守护进程
  • sshd：终端守护进程
  • mysqld：mysql 守护进程

# 7.2 进程的标记

# [进程ID]

进程 ID 是进程的唯一标记，表现为一个非负整数。

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# [进程的状态标记]
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# 7.3 显示系统执行的进程 —— ps

ps 显示的信息选项

  • PID：进程标识号
  • TTY：终端机号
  • TIME：此进程所耗CPU时间
  • CMD：正在执行的命令或进程名

ps 工具标识进程的 5 种状态：

  • D：不可中断
  • R：运行
  • S：中断
  • T：停止
  • Z：僵死
  • W：无驻留页
  • <：高优先级进程
  • N：低优先级进程
  • L：内存锁页
  • +：位于后台进程组

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# ps -a

  • 显示当前终端的所有进程信息。

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# ps -u

  • 以用户的格式显示进程信息。

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# ps -x

  • 显示后台进程运行的参数。

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△一般使用的参数是 ps -aux

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# 查看是否存在某个进程 ps -aux | grep xxxx

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# 以全格式显示进程 ps -ef

ps -ef 是以全格式显示进程，包括父进程

- e：显示所有进程

- f：全格式

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PS：0号代表没有父进程。

  • C：CPU 用于计算执行优先级的因子。数值越大，表明进程是 CPU 密集型运算，执行优先级会降低；数值越小，表明进程是 I/O 密集型运算，执行优先级会提高。
  • STIME：进程启动的时间。
  • PPID：父进程ID
# 查看进程树 ps -ef --forest

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# 排序 ps -aux --sort=-p[字段]

如按照 CPU 使用率进行排序：ps -aux --sort=-pcpu

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# 7.4 看出进程状态 —— top

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# 7.5 终止某个进程 —— kill

# 基本语法

kill [选项] 进程号（功能描述:通过进程号杀死进程）

killall 进程名称（功能描述:通过进程名称杀死进程，也支持通配符，这在系统因负载过大而变 得很慢时很有用）

# 常用选项

- 9：表示强迫进程立即停止

# 7.6 查看进程树 —— pstree

- p：显示进程的 PID

-u：显示进程所属的用户

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# centos7 需要自行安装 tree
yum tree

# 7.7 实践

# [1] 踢掉某个非法登录用户

先用 ps -aux | grep sshd 查看有哪些用户已经登录：

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然后 kill 掉 hedon：

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这样 hedon 就被 kill 了：

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# [2] 终止远程登录服务 sshd, 在适当时候再次重启 sshd 服务

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直接 kill 掉 1373 进程号就可以了。

# [3] 终止多个 gedit 编辑器
killall gedit   #通过进程名称来 kill，一次性 kill 多个
# [4] 强制杀掉一个终端

终端名称：bash

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这个时候会发现 kill 不掉，因为它会认为这是一个比较重要的进程，忽略掉了 kill 指令。

这个时候我们需要用 -9 来强制停止。

kill -9 7884

# 8. 进程调度

进程调度是指计算机通过决策决定哪个就绪进程可以获得 CPU 使用权。

两个步骤：

  • 收拾包袱：保留旧进程的运行信息，请出旧进程。
  • 新人入驻：选择新进程，准备运行环境并分配 CPU

# 8.1 三种机制

# [就绪队列的排队机制]

将就绪进程按照一定的方式排成队列，以便调度程序可以最快找到就绪进程。

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# [选择运行进程的委派机制]

调度程序以一定的策略选择就绪进程，将 CPU 资源分配给它。

# [新老进程的上下文切换机制]
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保存当前进程的上下文信息，装入被委派执行进程的运行上下文。

# 8.2 调度方法

见《作业管理》

上次更新: 8/6/2021, 8:10:03 PM

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