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1、Linux进程编程授课老师：张涛 进程 P242在操作系统中，各个程序之间是并发执行 的，共享系统资源。CPU需要在各个运行的 程序之间来回地切换，这样的话，要想描述 这些并发活动过程就变得很困难。为此，操 作系统设计者提出了进程的概念。什么是进程？ P242A process a program in execution 一个进程应该包括：程序的代码；程序的数据；PC中的值，用来指示下一条将运行的指令；一组通用的寄存器的当前值，堆、栈；一组系统资源（如打开的文件）总之，进程包含了正在运行的一个程序的所有 状态信息。进程状态的转换 P242 时间片轮转调度算法 P242 在时间片轮转算法中，将
2、所有的就绪任务按照FCFS （First Come First Served）原则，排成一个队列； 每次调度时将处理器分派给队首任务，让其执行一小段CPU时间（时间片，time slice）； 在一个时间片结束时，如果任务还没有执行完的话，将发生时钟中断，在时钟中断中，调度程序将暂停当前任务的执行，并将其送到就绪队列的末尾，然后执行当前的队首任务；开始时，任务B位于队列之首，因此被调度执行。当 它的时间片用完后，就把它送到就绪队列的末尾。 同时，任务F成为新的队首，被调度运行。抢占调度方式 P242任务1 任务2 任务1 优先级 高低时间 任务2 任务3 表示抢占 表示结束 实际上创建进程就是
3、给任务代码分配一个 任务控制块。task_struct中有一个指针指向 files_struct结构体，称为文件描述符表，其中 每个表项包含一个指向已打开的文件的指针 typedef struct os_tcb OS_STK *OSTCBStkPtr; struct os_tcb *OSTCBNext; INT16U ID; 进程IDINT8U OSTCBPrio; 进程优先级file struct OS_TCB; 任务等待的延迟时间（节拍数）任务控制块 P242文件描述符表 P242用户程序不能直接访问内核中的文件描述符表，而只能使用文件 描述符表的索引（即0、1、2、3这些数字），这些索引
4、就称为文 件描述符（File Descriptor），用int型变量保存。当调用open打 开一个文件或创建一个新文件时，内核分配一个文件描述符并返 回给用户程序，该文件描述符表项中的指针指向新打开的文件。 当读写文件时，用户程序把文件描述符传给read或write，内核根 据文件描述符找到相应的表项，再通过表项中的指针找到相应的 文件。 进程与进程ID P245程序被执行的实例被称为进程，进程空间包括（代码空间、数 据空间、运行的堆栈空间）存在与内存中。 程序是静态的，存放在硬盘上，是永久的。进程是动态的，是 暂时的，有其生命周期的。 操作系统为其分配好进程的空间时，从main函数开始运行时
5、标 志着进程的开始，当调用exit函数退出时标志着进程的结束。 每个LINUX进程都有一个唯一的ID，进程ID总是一个非负数。 getpid() getppid() 进程的控制： fork、exec、waitpid。 1、用户ID getuid（） 2、组ID getgid（）用户标识 P247出错处理 P247 当LINUX函数出错时，会给整型变量errno设置一个 值，errno每一个值都有特定含义。 strerror（i） 将函数映射为一个出错信息字符串。 perror （const char msg） 在标准出错上产生一条出错信息（基于errno）Linux 信号量 ? P249信号量
6、本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共 资源的访问。 当公共资源增加时，调用函数sem_post（）增加信号量。 只有当信号量值大于时，才能使用公共资源，使用后，函数 sem_wait（）减少信号量。Linux 信号量 ? P2491、忽略该信号。 2、按系统默认方式处理。 3、提供一个函数，信号发生时则调用该函数。Linux 时间值1、日历时间 2、进程时间。时钟时间、用户CPU时间、系统CPU时间。 $time ./test real 0m0.06s user 0m0.01s Sys 0m0.00s系统调用和库函数 ? P2501、系统调用：系统调用把应用程序请求传给内核，调用相
7、应的 内核函数完成所需的处理。使应用程序由用户态进入核心态，系 统调用有自己单独的堆栈空间。 2、库函数：存放在函数库中的函数，库函数具有明确的功能、 入口调用参数和返回值，Linux库函数特指函数入口没有进行系 统调用的库函数。库函数中常包含系统调用，库函数没有进行系 统调用时，没有单独的堆栈空间。 printfwrite strcpy atoi用户空间系统调用库函数库函数用户代码内核系统空间用户进程3、用户态：进程的普通执行状态，只能执行规定的指令，不 能执行特权指令。进程在用户态下只能访问该进程的存储空间 ，不能与系统硬件相互作用，不能访问系统资源，当它需要系 统硬件资源时，会通过系统调
8、用进入核心态。 4、核心态：能执行所有的机器指令，包括操作系统执行的特 权指令，能访问所有的寄存器和存储区域，能直接控制所有系 统资源和硬件资源。Linux 进程环境 P2561、Linux进程控制块（PCB）的作用? Linux进程控制块是一个由结构体task_struct所定义的数据结构 操作系统利用PCB来控制和管理进程。地址tasknexttasknexttasknext等待态 任务结构体等待态 任务结构体等待态 任务结构体Linux进程等待列图2、与进程有关的ID P257 进程真实用户号（UID） getuid() 有效用户号（EUID） geteuid() 真实用户组号（GID）
9、 getgid() 有效用户组号（EGID） getegid() 进程标识号（PID） getpid() 进程组标识号（PGID） getpgid()linux系统中每个进程都有2个ID，分别为用户ID和有效用户ID ，UID一般表示进程的创建者（属于哪个用户创建），而EUID 表示进程对于文件和资源的访问权限（具备等同于哪个用户的 权限）。可以通过函数getuid()和geteuid（）获得进程的两个 ID值。 一般情况下2个ID是相同的，但是某些情况下会出现2个ID不 同的情况。进程终止 P2581、正常终止 1）从main返回 2）调用exit。 3）调用_exit。 2、异常终止 1）
10、调用abort 2）由一个信号终止。exit与return的区别 ?C语言关键字与函数exit()在main函数退出时有相似之处，但两 者有本质的区别： return 退出当前函数主体，exit()函数退出当前进程，因此，在 main函数里面return(0)和exit(0)完成一样的功能。 return仅仅从子函数中返回，而子进程用exit()退出，调用exit() 时要调用一段终止处理程序，然后关闭所有I/O流。exit()与_exit() ? P258都是用来终止进程的。 _exit() 直接使进程停止进行，清除其使用的内存空间，并清除 其在内核中的各种数据结构。 exit()函数在退出
11、前检查文件的打开情况，把文件缓存中的内容 写进文件。 exit() _exit() atexit()得到进程结束标志 通过执行码 $echo $?得到已结束进程的结束状态。 1、程序中main函数运行结束，$?中保存main函数的返回值 。 2、程序运行中调用exit函数结束运行，$?中保存exit函数参 数。 3、程序异常退出，$?中保存异常出错的错误号。进程的堆栈空间 P262（1）代码区（text segment）。加载的是可执行文件代码段，其加 载到内存中的位置由加载器完成。 （2）全局初始化数据区/静态数据区（Data Segment）。加载的是 可执行文件数据段，存储于数据段（全局
12、初始化，静态初始化数据 ）的数据的生存周期为整个程序运行过程。int count=30; （3）未初始化数据区（BSS）。存储于数据段的数据（全局未初始 化，全局静态，局部静态未初始化数据）的生存周期为整个程序运 行过程。long sum1000; （4）栈区（stack）。由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、 返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此， 局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。 （5）堆区（heap）。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和 栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束 时有可能由OS回收。malloc,calloc,r
13、ealloc函数。12.3 Linux进程控制 P2671、进程标识 每个进程都有一个非负整型的唯一进程ID。 ID 0 调度进程，不执行任何磁盘上的程序，是内核的一部分。 ID 1 init进程，读与系统有关的初始化文件，并将系统引导到 一个状态，绝不会终止，是一个普通用户进程，是所有孤儿进 程的父进程。fork 系统调用 ? P269-270fork从已存在的进程中创建一个新进程，新进程成为子进程， 原进程为父进程。 fork调用一次，返回两次，在父进程中返回为子进程的进程号 ，在子进程中返回为0。 使用fork函数得到了父进程的一个复制品，从父进程处继承了 整个进程的地址空间，子进程独有
14、的只是它的地址号。 fork复制了父进程中数据段和堆栈段中绝大部分内容，使的 fork系统调用的执行速度并不快。 fork 所有由父进程打开的文件描述符都被复制到子进程中。父 子进程有相同编号的文件描述符fork 系统调用时完成的操作 ? P2701、为新进程分配task_struct任务结构体内存空间。 2、把父进程task_struct任务结构体复制到子进程task_struct。 3、为新进程建立内核堆栈。 4、对子进程task_struct任务结构体中部分变量进行初始化设置。 5、把父进程有关信息复制给子进程，建立共享关系。 6、把子进程加入到可运行队列。 7、结束fork()函数， 8、当子进程开始时，操作系统返回0给子进程中栈段变量id。P
