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1、第7章 进程控制与进程间通信17.1 进程控制2进程与程序n 程序 u指令和数据的集合 u存放在磁盘上的一个普通文件里 u文件的i节点中标为可执行，内容符合系统要求 n 进程 u包括指令段、用户数据段和系统数据段的执行环境 n 进程和程序的关系 u程序用于初始化进程的指令段和用户数据段，初始 化后，进程和初始化它的程序之间无联系 u进程运行时磁盘上的程序文件不可修改/删除 u同时运行的多个进程可由同一程序初始化得到，进 程之间没什么联系。内核通过安排它们共享指令段 以节省内存，但这种安排对用户来说是透明的3进程的组成部分(1)四部分：指令段，数据段，堆栈段和系统数据 n 指令段(Text)u程
2、序的CPU指令代码,包括：主程序和子程序编译 后的CPU指令代码，以及调用的库函数代码 u指令段的大小固定不变，只读 n 用户数据段 u全局变量，静态(static)变量，字符串常数 u允许数据段增长和缩小，实现内存的动态分配 系统调用sbrk()允许编程调整数据段的大小 内存管理库函数，如：malloc()，free()4进程的组成部分(2)n 用户堆栈段 u程序执行所需要的堆栈空间，实现函数的调用 用于保存子程序返回地址 在函数和被调函数之间传递参数 函数体内部定义的变量(静态变量除外) umain函数得到的命令行参数以及环境参数 存放在堆栈的最底部 main函数运行之前，这些部分就已经被
3、系统初始化 u堆栈段的动态增长与增长限制 n 系统数据段 u上述三部分在进程私有的独立的逻辑地址空间内 u系统数据段是内核内的数据，每个进程对应一套 包括页表和进程控制块PCB5进程逻辑地址空间的布局 6进程的系统数据在UNIX内核中，含有进程的属性，包括: u页表 u进程状态，优先级信息 u核心堆栈 u当前目录(记录了当前目录的i-节点)，根目录 u打开的文件描述符表 uumask值 u进程PID，PPID u进程主的实际UID/GID，有效UID/GIDu进程组组号7user结构和proc结构n 进程PCB被分为user结构和proc结构两部分 uuser结构(约5000字节)， 进程运行
4、时才需要的数据在user结构 核心态堆栈占用了较多空间 uproc结构(约300字节)， 进程不运行时也需要的管理信息存于proc结构 u用户程序不能直接存取和修改进程的系统数据 u系统调用可用来访问或修改这些属性 chdir， umask，open， close setpgrp， getpid， getppid8进程的基本状态n 基本状态 u进程创建之后，主要有运行状态和睡眠状态(也叫阻塞 状态，等待状态，挂起状态，等等) u内核总是在分时处理运行状态的进程，而不顾那些处 于睡眠状态的进程 u睡眠状态的进程，在条件满足后转化为运行状态 u进程在睡眠时，不占用CPU时间 注意：在编程时，程序不
5、要处于忙等待状态9进程的调度n 调度优先级 u内核将可运行进程按优先级调度，高优先级进程优先 u进程的优先级总在不停地发生变化 u处于睡眠状态的进程一旦被叫醒后，被赋以高优先级 ，以保证人机会话操作和其它外设的响应速度 u用户程序用nice()系统调用有限地调整进程的优先 级10scanf(“%d“, 程序在串口终端上执行时操作员输入756然后按下回车 11time:进程执行的时间n 进程执行时间包括 u睡眠时间，CPU时间(用户时间和系统时间) u外部命令/usr/bin/time uB-shell和C-shell都有个内部命令time /usr/bin/time find /usr -na
6、me *.c -print Real 6.06 User 0.36 System 2.13 uC-shell: time find /usr -name *.h -print 0.4u 6.2s 0:10 61% 4+28k 0+0io 0pf+0w n 与CPU时间有关的命令vmstat$ vmstat 10procs memory swap io system cpur b w swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id0 0 0 0 55916 6128 38156 0 0 439 118 146 180 8 15 760 0 0 0
7、55252 6160 38160 0 0 0 32 112 54 26 1 7312系统调用times()n 系统调用times() 当前进程CPU时间，已结束子进程占用过的CPU时间 clock_t times(struct tms *buf); struct tms clock_t tms_utime; /* user CPU time */clock_t tms_stime; /* system CPU time */clock_t tms_cutime; /* user CPU time, terminated children */clock_t tms_cstime; /* sys
8、tem CPU time, terminated children */ ; n clock() u返回times()的四个CPU时间的总和。单位是 1/CLOCKS_PER_SEC秒 n getrusage()函数，times()函数的升级版本 u返回CPU时间，还返回表示资源使用状况的另外 14个值，包括内存使用情况，I/O次数，进程切换 次数13与时间有关的函数n 标准函数库中time()：获得当前时间坐标 u坐标0为1970年1月1日零点，单位：秒 ut=time(0);和time(都会使t值为当前时间 坐标 n 函数gettimeofday() u获得当前时间坐标，坐标的0是1970
9、年1月1日零点 u可以精确到微秒s(10-6秒) n localtime() u将坐标值转换为本地时区的年月日时分秒 n mktime u将年月日时分秒转换为坐标值 n ctime()和asctime() u坐标值和年月日时分秒转换为可读字符串14忙等待 n 多任务系统中“忙等待”的程序是不可取的1 #include 2 main(int argc, char *argv)3 4 unsigned char buf1024;5 int len, fd;6 if ( (fd = open(argv1, O_RDONLY) 0) 13 write(1, buf, len); 14 15 u程序14
10、行前增加sleep(1)：1秒定时轮询 uselect()调用可将睡眠时间设为10毫秒级精度15fork：创建新进程n 功能 ufork系统调用是创建新进程的唯一方式 u原先的进程称做“父进程”，新创建进程被称作“子进程 ”u完全复制：新进程的指令，用户数据段，堆栈段 u部分复制：系统数据段 n fork返回值：父子进程都收到返回值，但不相同 u返回值很关键，它用于区分父进程(返回值0，是子进 程的PID)和子进程(返回值=0)，失败时返回-1 n 内核实现 u创建新的proc结构，复制父进程环境(包括user结构和 内存资源)给子进程 u父子进程可以共享程序和数据(例如：copy-on-wr
11、ite技 术)，但是系统核心的这些安排，对程序员透明16fork举例(1)执行结果 1 ./fork1: BEGIN 2 a+b=30 3 a+b=230 4 ./fork1: END 3 a+b=230 4 ./fork1: ENDint a; int main(int argc, char *argv) int b;printf(“1 %s: BEGINn“, argv0);a = 10;b = 20;printf(“2 a+b=%dn“, a + b);fork();a += 100;b += 100;printf(“3 a+b=%dn“, a + b);printf(“4 %s: EN
12、Dn“, argv0); 17fork举例(2)执行结果 Hello PID=18378 ppid=18377, a=6 Bye PID=18377 child=18378, a=6 Byemain() int a, ret;printf(“Hellon“);a = 3;ret = fork();a += 3;if (ret 0) printf(“PID=%d child=%d, a=%dn“,getpid(), ret, a); else if (ret = 0) printf(“PID=%d ppid=%d, a=%dn“,getpid(), getppid(), a); else per
13、ror(“Create new process“);printf(“Byen“); 18命令psn 功能 u查阅进程状态(process status)(实际上就是将 内核中proc和user数组的内容有选择地打印 出来) n 选项 u用于控制列表的行数(进程范围)和列数(每进程列 出的属性内容) u无选项：只列出在当前终端上启动的进程 列出的项目有：PID，TTY，TIME，COMMAND ue选项：列出系统中所有的进程(进程范围) uf选项：以full格式列出每一个进程(控制列的数目) ul选项：以long格式列出每一个进程(控制列的数目 )19命令ps举例例：ps -ef命令的输出UID
14、 PID PPID C STIME TTY TIME COMMAND root 0 0 0 16:11:14 ? 0:00 sched root 1 0 0 16:11:14 ? 0:01 /etc/init root 2 0 0 16:11:14 ? 0:00 vhand root 3 0 0 16:11:14 ? 0:00 bdflush root 6547 335 0 16:15:05 01 0:00 server 4 1 root 175 1 0 16:11:14 ? 0:00 inetd root 173 1 0 16:11:14 ? 0:00 syslogd root 296 1
15、0 16:11:21 ? 0:00 /tcb/files/no_luid/sdd root 6551 291 80 16:17:16 08 0:37 busy_check root 335 1 0 16:11:31 01 0:00 server_ctl root 337 1 0 16:11:33 01 0:05 server_ap root 353 1 0 16:12:01 12 0:00 client_ctl 100.1.1.3 root 356 295 0 16:12:07 12 0:04 client_ap 140320命令ps列出的进程属性uUID：用户ID(注册名) uPID：进程ID uC：CPU占用指数：最近一段时间(秒级别)进程占用CPU 情况。不同系统算法不同，例如：正占CPU进程10ms加1 ，所有进程1秒衰减一半 uPPID：父进程的PID uSTIME：启动时间 uSZ：进程逻辑内存大小(Size
