Linux-进程概念（2）

1. 理解调用（11-0.00.00）

1.1 例子讲述

• 系统调用：操作系统要向上提供对应的服务，但是操作系统不相信任何用户或者人。这里可以用操作系统类比于银行举个例子
  
• 这里拿银行的工作原理进行阐述：比如客户它要去银行存钱，银行会让客户直接进入到后端，将钱放进去或取出来，肯定不会啊
• 谁知道你有没有去修改数据。所以银行就提供了一个个小窗口来阻拦客户，你就只能通过身份证在这个窗口办理服务，那这个银行就是咱们所说的操作系统，而这个窗口就相当于系统调用的接口
• 这里再简单理解一下系统调用：无论是Linux/windows/macos都是C语言写的，所以一般提供给我们的系统调用就是C风格的C函数
• 该函数基本会包括输出参数和返回值（输出参数：用户给操作系统的数据。返回值：操作系统给用户的数据），那操作系统它的本质就是：用户和操作系统之间，进行某种数据交互。
• 这样用户和操作系统的耦合度就比较低了，操作系统就能在保证自身的安全前提下提供服务
• 那有的时候银行窗口外面可能会存在一个人（大堂经理），其实这个大堂经理也是银行系统体系的一部分，这个大堂经理就相当于别人提供给我们使用的库，外壳，指令，它们的底层全部都是直接或间接地去调用系统调用接口
  
• 库函数和系统调用属于上下层的关系，那如何知道库函数它的底层有没有调用系统调用呢？现如今是很难进行判断的
• 不过有一个简单的判定方法，就是你去调用库函数时有没有去访问硬件，只要它访问了硬件，必定会去访问系统调用（比如文件操作：fscanf, fprintf，网络操作等）

1.2 专业术语

• 在开发⻆度，操作系统对外会表现为⼀个整体，但是会暴露⾃⼰的部分接⼝，供上层开发使⽤，这部分由操作系统提供的接⼝，叫做系统调⽤
• 系统调⽤在使⽤上，功能⽐较基础，对⽤⼾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⼾或者开发者进⾏⼆次开发

2. 进程

2.1 基本概念-专业术语

• 课本概念：程序的⼀个执⾏实例，正在执⾏的程序等
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体

2.2 描述进程-PCB

1. 基本概念

   • 进程信息被放在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

2. 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

• 问题：这些程序在内存的什么地方加载呢？这个代码和数据有没有被CPU已经执行完了呢，这个代码和数据所占的空间要被释放了，这些程序有没有可能需要停止运行一下？空间可能不够了需要再去扩容？
• 程序加载到内存的有这么多的问题，操作系统要对这些程序做管理，但是能直接做到？是做不到的，比如一个程序的代码和数据在操作系统的视角中，是哪个进程的代码和数据？
• OS就只知道这个程序有代码和数据但并不知道是哪个进程的，所以操作系统必然是要对这些加载到内存中的可执行程序做管理！那如何做进行管理呢？这里就需要用到PCB，也就是先描述
• 这个PCB是操作系统对内核数据结构对象的统称（那PCB就包含Windows，Linux，macOS下的内核数据结构对象），在Linux下具体就是struct task_struct。这两者的关系就是抽象和具体的关系，比如PCB就相当于媒婆，而struct task_struct就相当于王婆，具体到哪个媒婆

2.3 简历例子

找工作，每一个人都需要做一份简历，给对应的公司投递简历，那这个公司的HR就会收到一堆简历，就会将这些简历给筛选出来给面试官查看。这是故事背景

• 首先你要找工作，本质上并不是你在找工作，是你的简历在找工作
• 你投了简历在一家公司，HR告诉你目前在排队当中，并不是你这个人在排队，是你的简历在排队
• 你的简历本质上不就是对你自己做先描述吗？包括你的技能信息，个人评价，荣誉项目等等
• 把简历投递给HR就相当于把你这个人的属性推送给HR，而面试官则会拿着这简历依次去面试一个一个的人
• 那这个面试官就相当于CPU，面试官拿出来的一份一份的简历就当于一个队列，你的简历就相当于PCB，你就是加载到内存中的可执行程序
• 面试官进行淘汰，筛选操作，并不是针对于你这个人，而是你的简历
• 所以当一个可执行程序加载到内存当中，它自己反而是最不重要的，最重要的是操作系统会去创建一个PCB去描述它

2.4 task_struct 的属性（先了解）

• 标⽰符: 描述本进程的唯⼀标⽰符，⽤来区别其他进程
• 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等
• 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. 查看进程的操作

3.1 getpid

• 先明白一点：我们历史上执行的所有的指令，工具，自己的程序，运行起来全部都是进程
• getpid是个系统调用，可以用来查看进程ID。可以通过man手册查看：man 2 getpid
  
• 可以写一段死循环获取进程ID的代码，方便进行查看该进程信息
  
• 命令：ps ajx | head -1;ps axj | grep code（可执行程序名）。分号：执行两条命令（先是前面的命令），可以用&&来代替。分号前面的命令→查看各列所代表的含义，分号后面的命令→查看特定进程信息。这里开两个xshell，登录一个账号即可
  
• grep --color=auto ./code它是高亮，它也是个进程，包含了关键字./code，所以会显现出来。可以在./code后接着输入：| grep -v grep，选项v反向匹配，包含grep就不显现
• 输入命令：kill -9 31547，可以将特定进程给杀掉。之前的ctrl + c强制停止实质上是杀掉进程的

3.2 proc 目录

在Linux中，我们用户是以进程的方式去访问操作系统的，可以将用户看成老师，而操作系统就是学生。创建进程就是给学生布置任务，按照自己的要求去完成任务

ls /proc：通过文件的方式去查看进程。操作系统不仅能让用户通过ls命令去查看磁盘上的文件，还能将内存中的相关数据也以文件的方式给呈现出来，让用户能动态的看到内存中的相关数据。

像proc就是一个内存级的文件系统，它跟磁盘就没有半毛钱关系，所有的数据都是内存中的数据

proc目录里记载着当前系统中所有进程的相关信息，该目录下的所有文件，每一个数字目录代表着特定进程的PID，里面的内容包含着进程运行时的动态属性，如果进程退出，该目录会被系统自动移除

如果你在这个程序运行时，将这个可执行文件删掉以后，进程仍然在继续跑。原因是你删掉的是磁盘上的可执行文件，当进程启动时，这个文件已经被拷贝到内存中了，你将其删掉并不会直接影响这个进程（后续可能会影响）