linux入门之进程概念上（冯诺依曼系统，系统概念与定位，PCB，fork初识） |
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linux入门之进程概念上（冯诺依曼系统，系统概念与定位，PCB，fork初识）
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目录 一、认识冯诺依曼系统 二、操作系统 1.概念 2.设计os的目的 3.定位 4.如何理解管理 三、系统调用和库函数 四、进程 1.基本概念 2.描述进程-PCB 3.组织进程 4.查看进程 5.通过系统调用获取进程标识符 6.通过系统调用创建进程-fork初识 6.1fork原理 1.fork做了什么 2.fork如何看代码和数据 3.如何理解fork有两个返回值 一、认识冯诺依曼系统 1.冯诺依曼体系结构 我们常见的计算机，比如笔记本，服务器等，大部分都遵守冯诺依曼体系。冯诺依曼体系结构如下：
冯诺依曼体系结构： 由输入设备、输出设备、cpu(运算器，控制器）、存储器组成。 输入设备包括：键盘，话筒，摄像头，网卡，磁盘，扫描仪，写板等， 输出设备包括：显示器，磁盘，网卡，声卡，音响，打印机等。 输入输出设备一般称为外围设备，外设一般读取速度较慢，以磁盘为例，相比于内存，磁盘的读取速度较慢。所以引入内存，内存主要是对数据做预加载，cpu在进行数据计算的时候，不需要访问外设，只需要读取内存就可以。 不考虑缓存情况，这里cpu只能对内存进行读写，不能访问外设外设要输入输出数据，只能写入内存，或者从内存中读取所有的设备都只能直接和内存交互对冯诺依曼体系结构，深入到对软件数据流理解上，例如：登录qq开始和某位朋友聊天，数据的流动过程：先从本机A上键盘输入数据，显示到本地的显示屏上，写入到内存，通过cpu进行处理，最后通过网卡发送到朋友B的网卡上。朋友B从网卡上读取数据，放到内存中，通过cpu解密进行处理，最后显示到输出设备显示屏上。 二、操作系统 1.概念任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，统称为操作系统。笼统的理解，操作系统包括： 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理） 其他程序（函数库，shell程序等） 2.设计os的目的与硬件进行交互，管理所有的软硬件资源 为用户（应用程序）提供一个良好的执行环境 3.定位在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：一款真正搞管理的软件 4.如何理解管理比如：学校中有校长，辅导员，学生三个角色，校长进行决策，辅导员实现决策被执行，学生参与执行。管理：对数据做建模，管理员和被管理者不需要直接沟通，通过决策被执行拿到数据，进行管理。比如学生的数据:年龄，姓名，学号，电话，成绩等。统计好数据，最后决策者进行建模，比如构建一个结构体，存储学生的数据，最后构建成链表，对数据做增删改查。综上，管理就是：先描述，后执行。 三、系统调用和库函数在开发角度，操作系统对外表现为一个整体，但是只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，称为系统调用。 系统调用在使用的基础上，功能比较基础，对用户的要求相对较高，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，库就更有利于更上层用户或开发者进行二次开发 四、进程 1.基本概念进程的书本概念是：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。 进程从内核角度看：文件保存在磁盘中，文件由内容和属性构成。将文件的内容加载到内存中，再通过PCB分配PID，这就是进程。 用专业的术语 进程 == 内核关于进程的相关数据结构（PCB分配PID）+当前进行的代码和数据 2.描述进程-PCB进程信息被放在一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（ process control block),linux操作系统下的pcb是task struct。这里的进程属性并非文件属性，进程属性由os创建。 3.组织进程可以在内核源码中找到它，所有运行在系统里的进程都以tast_struct链表的形式存在内核中 4.查看进程可以通过ls /proc 查看，比如要查看PID为1的进程信息，可以查看ls /proc/1这个文件夹 5.通过系统调用获取进程标识符这里需要介绍两个概念：进程和父进程，查看进程id(getpid),查看父进程id(getppid)。 我们不难发现，当运行进程和父进程时，中止掉这个程序，再次运行，进程的id改变，但是父进程的id不变，并且，父进程的id就是bash， 这里更能理解bash是什么，bash就是命令行解释器，它本质上也是进程。命令行启动所有程序，就是进程，所有的父进程就是bash。 如果kill - 9 bash 此时bash崩溃，无法做命令行解释 #include #include #include int main() { printf("pid:%d\n",getpid()); printf("ppid:%d\n",getppid()); return 0; } 6.通过系统调用创建进程-fork初识 运行man fork 可以查看到fork的定义 创建一个子进程fork有两个返回值父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝） 6.1fork原理请看如下代码： #include int main() { printf("AAA"); fork(); printf("BBB"); sleep(1); ````return 0; }打印结果: AAABBBBBB 发现它执行了两次，fork之前是单执行流，fork之后创建了子进程，变成双执行流，通过观察他们的PID如下： AAApid:28702 BBBpid:28702,ppid:32460 BBBpid:28703,ppid:28702 发现fork之后的子进程地址就是它的父进程的地址 这里要注意一个fork的用法，fork之后有两个返回值，一般使用fork之后用if进行分流 #include #include #include int main() { int ret = fork(); assert(ret < 0); if(ret ==0) { //执行子进程 } else if(ret > 0) { //执行父进程 } return 0; } 1.fork做了什么fork就是创建了一个子进程，具体地，它是创建了一个独立的PCB,让这个PCB看到和父进程相同的代码，但是子进程的PCB中的属性只是拷贝了父进程中属性的一部分。 2.fork如何看代码和数据首先要明白，进程都是独立运行的，同样，父子进程也是独立运行的，他们看到的是相同的代码，但是代码是只读的，如果有一个进程修改了代码，不会影响另一个进程，这个过程叫写时拷贝，各自私有一份。具体的可以看下面的小实验代码： int main() { int x = 100; pid_t ret = fork(); assert(ret!=-1); if(ret ==0) { while(1) { printf("我是子进程，我的pid是：%d,我的父进程是:%d %d %p\n",getpid(),getppid(),x,&x); sleep(2); } } else if(ret >0) { while(1) { printf("我是父进程，我的pid是:%d,我的父进程是:%d,%d%p\n",getpid(),getppid(),x,&x); x = 123; sleep(2); } } return 0; }打印结果如下： 由此可以看出，在父进程里虽然修改了x的值，但是子进程调用时候x不变，这就是写时拷贝。 3.如何理解fork有两个返回值当fork函数return 的时候，已经完成了前面创建子进程的工作（创建pcb)，甚至可能已经被调度了，return也是语句，再向后执行，父进程被执行，return 跑了两次，所以有两个返回值。 |
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