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進程控制開發(fā)之:Linux進程概述

2013/09/13
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7.1??Linux進程概述

7.1.1??進程的基本概念

1.進程的定義

進程的概念首先是在20世紀60年代初期由MIT的Multics系統(tǒng)和IBM的TSS/360系統(tǒng)引入的。在40多年的發(fā)展中,人們對進程有過各種各樣的定義?,F(xiàn)列舉較為著名的幾種。

(1)進程是一個獨立的可調(diào)度的活動(E.?Cohen,D.?Jofferson)。

(2)進程是一個抽象實體,當它執(zhí)行某個任務時,要分配和釋放各種資源(P.?Denning)。

(3)進程是可以并行執(zhí)行的計算單位。(S.?E.?Madnick,J.?T.?Donovan)。

以上進程的概念都不相同,但其本質(zhì)是一樣的。它指出了進程是一個程序的一次執(zhí)行的過程,同時也是資源分配的最小單元。它和程序是有本質(zhì)區(qū)別的,程序是靜態(tài)的,它是一些保存在磁盤上的指令的有序集合,沒有任何執(zhí)行的概念;而進程是一個動態(tài)的概念,它是程序執(zhí)行的過程,包括了動態(tài)創(chuàng)建、調(diào)度和消亡的整個過程。它是程序執(zhí)行和資源管理的最小單位。因此,對系統(tǒng)而言,當用戶在系統(tǒng)中鍵入命令執(zhí)行一個程序的時候,它將啟動一個進程。

2.進程控制塊

進程是Linux系統(tǒng)的基本調(diào)度和管理資源的單位,那么從系統(tǒng)的角度看如何描述并表示它的變化呢?在這里,是通過進程控制塊來描述的。進程控制塊包含了進程的描述信息、控制信息以及資源信息,它是進程的一個靜態(tài)描述。在Linux中,進程控制塊中的每一項都是一個task_struct結構,它是在include/linux/sched.h中定義的。

3.進程的標識

在Linux中最主要的進程標識有進程號(PID,Process?Idenity?Number)和它的父進程號(PPID,parent?process?ID)。其中PID惟一地標識一個進程。PID和PPID都是非零的正整數(shù)。

在Linux中獲得當前進程的PID和PPID的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)為getpid()和getppid(),通常程序獲得當前進程的PID和PPID之后,可以將其寫入日志文件以做備份。getpid()和getppid()系統(tǒng)調(diào)用過程如下所示:

/*?pid.c?*/

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

#include?<stdlib.h>

int?main()

{

?????/*獲得當前進程的進程ID和其父進程ID*/

?????printf("The?PID?of?this?process?is?%dn",?getpid());

?????????printf("The?PPID?of?this?process?is?%dn",?getppid());

}

使用arm-linux-gcc進行交叉編譯,再將其下載到目標板上運行該程序,可以得到如下結果,該值在不同的系統(tǒng)上會有所不同:

$?./pid?

The?PID?of?this?process?is?78

THe?PPID?of?this?process?is?36

另外,進程標識還有用戶和用戶組標識、進程時間、資源利用情況等,這里就不做一一介紹,感興趣的讀者可以參見W.Richard?Stevens編著的《Advanced?Programming?in?the?UNIX?Environmen》。

4.進程運行的狀態(tài)

進程是程序的執(zhí)行過程,根據(jù)它的生命周期可以劃分成3種狀態(tài)。

n 執(zhí)行態(tài):該進程正在運行,即進程正在占用CPU

n 就緒態(tài):進程已經(jīng)具備執(zhí)行的一切條件,正在等待分配CPU的處理時間片。

n 等待態(tài):進程不能使用CPU,若等待事件發(fā)生(等待的資源分配到)則可將其喚醒。

它們之間轉換的關系如圖7.1所示。

圖7.1??進程3種狀態(tài)的轉化關系

7.1.2??Linux下的進程結構

Linux系統(tǒng)是一個多進程的系統(tǒng),它的進程之間具有并行性、互不干擾等特點。也就是說,每個進程都是一個獨立的運行單位,擁有各自的權利和責任。其中,各個進程都運行在獨立的虛擬地址空間,因此,即使一個進程發(fā)生異常,它也不會影響到系統(tǒng)中的其他進程。

Linux中的進程包含3個段,分別為“數(shù)據(jù)段”、“代碼段”和“堆棧段”。

n “數(shù)據(jù)段”存放的是全局變量、常數(shù)以及動態(tài)數(shù)據(jù)分配的數(shù)據(jù)空間,根據(jù)存放的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)段又可以分成普通數(shù)據(jù)段(包括可讀可寫/只讀數(shù)據(jù)段,存放靜態(tài)初始化的全局變量或常量)、BSS數(shù)據(jù)段(存放未初始化的全局變量)以及堆(存放動態(tài)分配的數(shù)據(jù))。

n “代碼段”存放的是程序代碼的數(shù)據(jù)。

n “堆棧段”存放的是子程序的返回地址、子程序的參數(shù)以及程序的局部變量等。如圖7.2所示。、

圖7.2??Linux中進程結構示意圖

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7.1.3??Linux下進程的模式和類型

在Linux系統(tǒng)中,進程的執(zhí)行模式劃分為用戶模式和內(nèi)核模式。如果當前運行的是用戶程序、應用程序或者內(nèi)核之外的系統(tǒng)程序,那么對應進程就在用戶模式下運行;如果在用戶程序執(zhí)行過程中出現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用或者發(fā)生中斷事件,那么就要運行操作系統(tǒng)(即核心)程序,進程模式就變成內(nèi)核模式。在內(nèi)核模式下運行的進程可以執(zhí)行機器的特權指令,而且此時該進程的運行不受用戶的干擾,即使是root用戶也不能干擾內(nèi)核模式下進程的運行。

用戶進程既可以在用戶模式下運行,也可以在內(nèi)核模式下運行,如圖7.3所示。

圖7.3用戶進程的兩種運行模式

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7.1.4??Linux下的進程管理

Linux下的進程管理包括啟動進程和調(diào)度進程,下面就分別對這兩方面進行簡要講解。

1.啟動進程

Linux下啟動一個進程有兩種主要途徑:手工啟動和調(diào)度啟動。手工啟動是由用戶輸入命令直接啟動進程,而調(diào)度啟動是指系統(tǒng)根據(jù)用戶的設置自行啟動進程。

(1)手工啟動。

手工啟動進程又可分為前臺啟動和后臺啟動。

n 前臺啟動是手工啟動一個進程的最常用方式。一般地,當用戶鍵入一個命令如“l(fā)s?-l”時,就已經(jīng)啟動了一個進程,并且是一個前臺的進程。

n 后臺啟動往往是在該進程非常耗時,且用戶也不急著需要結果的時候啟動的。比如用戶要啟動一個需要長時間運行的格式化文本文件的進程。為了不使整個shell在格式化過程中都處于“癱瘓”狀態(tài),從后臺啟動這個進程是明智的選擇。

(2)調(diào)度啟動。

有時,系統(tǒng)需要進行一些比較費時而且占用資源的維護工作,并且這些工作適合在深夜無人值守的時候進行,這時用戶就可以事先進行調(diào)度安排,指定任務運行的時間或者場合,到時候系統(tǒng)就會自動完成這一切工作。

使用調(diào)度啟動進程有幾個常用的命令,如at命令在指定時刻執(zhí)行相關進程,cron命令可以自動周期性地執(zhí)行相關進程,在需要使用時讀者可以查看相關幫助手冊。

2.調(diào)度進程

調(diào)度進程包括對進程的中斷操作、改變優(yōu)先級、查看進程狀態(tài)等,在Linux下可以使用相關的系統(tǒng)命令實現(xiàn)其操作,在表7.1中列出了Linux中常見的調(diào)用進程的系統(tǒng)命令,讀者在需要的時候可以自行查找其用法。

表7.1 Linux中進程調(diào)度常見命令

選????項

參?數(shù)?含?義

ps

查看系統(tǒng)中的進程

top

動態(tài)顯示系統(tǒng)中的進程

nice

按用戶指定的優(yōu)先級運行

renice

改變正在運行進程的優(yōu)先級

kill

向進程發(fā)送信號(包括后臺進程)

crontab

用于安裝、刪除或者列出用于驅動cron后臺進程的任務。

bg

將掛起的進程放到后臺執(zhí)行

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