前言

這個專欄其實是博主在復習操作系統和計算機網絡時候的筆記，所以如果是博主比較熟悉的知識點，博主可能就直接跳過了，但是所有重要的知識點，在這個專欄里面都會提到！而且我也一定會保證這個專欄知識點的完整性，大家可以放心訂閱～

進程相關概念

1. 基本理念

重要理論：先組織再描述：struct結構體

在操作系統內部，一定存在大量的數據結構和算法

2. 進程的描述

2.1 為什么需要pcb

為了描述每一個進程，Linux內核會給每一個進程創建一個結構體：PCB

PCB結構體包含了該進程的屬性！

struct PCB
{// 屬性數據，進程全部的屬性數據，如pid// ... struct PCB* next;struct PCB* prev;
};

對進程的管理，變成了對進程PCB結構體鏈表的增刪查改！

什么是進程：進程=對應的代碼數據+進程對應的PCB結構體

2.2 什么是pcb

在linux中，叫task_struct

里面會有這些內容。

是一個雙鏈表！

3. 查看進程

表頭也可以帶上

ps axj | head -1 && ps axj | grep myproc

top命令也可以查看進程

Linux系統下存在一個目錄記錄進程的信息。

/proc # 這個目錄下都是進程的信息

在這個目錄下，都是進程的屬性。

我們可以看下里面的信息。

事實上，/proc目錄是動態的，多一個進程就會多一個目錄，少一個進程就會少一個目錄。

4. 在程序中pid

在程序中如何獲得pid呢？

getpid() // 這是我們人生中第一個系統調用接口

5. 父進程是什么

ps axj 一下，發現父進程是bash

bash是shell命令行外殼程序

很熟悉了這些。

6. 創建子進程

fork

fork()

返回值：

• fork失敗，返回-1
• fork成功：給父進程返回子進程的pid，給子進程返回0

為什么會有兩個返回值呢？不是只能返回一個嗎？后面再說。

我們簡單寫一個代碼。

第二個為什么被執行了兩次？

因為不加判斷，父進程和子進程都會執行。

復習到后面就會知道，創建子進程的時候，這份代碼是被復制了的！

所以第二句打印語句，父子進程共享。

我們加上一個判斷，就能把子進程和父進程分開來！

創建進程的時候，OS要干嘛？

本質，創建一個新的task_struct，然后這里里面的字段，有一些是復制父進程的，有一些事自己的。

cpu的運行隊列 run_queue

進程調度本質上就是調度程序，在run_queue里面挑選一個task_struct來執行！

但是這個運行隊列也不是按一般順序的，這個是調度程序決定的！

7. 進程狀態

具體可以看博客。

進程狀態｜操作系統｜什么是pcb｜什么是僵尸進程 ｜什么是孤兒進程 【超詳細的圖文解釋】【Linux OS】_pcb結構體-CSDN博客

后臺運行一個進程

./test & 

8. 狀態優先級

狀態優先級 = 老的優先級 + nice值

PRI就是優先級，越小越先執行

NI就是nice值

9. 環境變量

比較熟了，不再贅述。

要改可以用export

但是要記得把之前的帶上

注意，環境變量的組織方式是一個字符指針數組！

可以用程序打印所有環境變量。

第一種獲取方式：

第二種獲取方式：

略。不常用，其實第一種也不常用，第三種才常用。

main函數的第三個參數，也就是環境變量參數，是從哪里來的？

一般都是父進程中繼承下來的

10. 地址空間

10.1 什么是地址空間

我們在所有的語言里面提到的地址的概念，本質上都是一個虛擬地址，而不是物理地址。

頁表映射，現在只知道大概，不知道細節，所以這一節簡單復習一下。

這個結構是可以用代碼進行驗證的。

// 驗證地址空間的棧結構
int g_unval;     // 未初始化的全局變量
int g_val = 100; // 已經初始化的全局變量
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{printf("code addr: %p\n", main);              // 代碼塊位置printf("init global addr: %p\n", &g_val);     // 初始化全局變量printf("uninit global addr: %p\n", &g_unval); // 未初始化全局變量char *heap_memory = (char *)malloc(10);printf("heap addr: %p\n", heap_memory); // 堆上的空間printf("stack addr: %p\n", &heap_memory); // 棧上的空間for (int i = 0; i < argc; i++){printf("argv[%d]: %p\n", i, argv[i]);}for (int i = 0; env[i]; i++){printf("env[%d]: %p\n", i, env[i]);}return 0;
}

10.2 地址空間是如何設計的

其實就是給各個進程畫餅。

先描述后組織！

如果我們可以直接訪問物理內存的話，其實是特別不安全的。

所以我們構建了映射機制。

如何理解地址的劃分？ — 其實就是一個簡單的struct結構體就行了。

struct myroom
{int __start;int __end;
};

其實地址空間的各個區域，也是通過這個方式進行劃分的。

struct addr_room {int code_start; int code_end;int init_start; int init_end;int uninit_start; int uninit_end;int heap_start; int heap_end; //...其他屬性
}

現在我們又可以知道，task_struct里面的又一個字段了！ — mm_struct* mm。

地址空間和頁表（用戶級）是每一個進程都私有一份的，只要保證，每一個進程的頁表，映射的是物理內存的不同區域，我們就能做到，進程之間不會互相干擾進程的獨立性。

回答一個遺留問題：return兩個不同的值是怎么回事？

Return會被執行兩次

Return的本質不就是對值進行寫入嗎? – 此時發生了寫時拷貝!

所以兩個進程各自其實在物理內存中，有屬于自己的變量空間！只不過是在用戶層面用同一個變量(虛擬地址!)來標識了!

10.3 擴展內容（比較難理解）

10.4 為什么要有地址空間的三個理由

10.4.1 理由一

可以有效保護物理內存，禁止非法映射

10.4.2 理由二

因為有地址空間的存在，因為有頁表的映射，我們的物理內存中，是不是可以對未來的數據進行任意位置的加載？

當然可以！

首先，物理內存的分配，可以和進程管理完全解耦！

所以我們new，malloc的時候都是申請虛擬地址空間。

緊接著一個問題：如果我們申請了物理空間，但是又不馬上使用，是不是造成了空間的浪費呢？當然是的！

所以事實上，OS是非常聰明的，你雖然malloc了100個字節，但是我可以一個都不給你！

而你去訪問或者使用這100個字節的事哦呼，下面的物理地址空間的相關管理算法才把這個100字節分給你，再讓你訪問！但是你上層是0感知的！

這個叫做延遲分配的策略！

那么，OS是如何知道，一些內存空間雖然在虛擬上給了，但是物理上還 沒給呢？這里有個技術叫做 —— 缺頁中斷!(后面我們再完善這個概念)

10.4.3 理由三

因為物理內存中理論上可以任意位置加載，那么是不是物理內存中的幾乎所有的數據和代碼在內存是亂序的？

但是，因為頁表的存在，它可以進行映射！

那么是不是在進程視角所有的內存分布， 都可以是有序的?

是的! 地址空間+頁表的存在可以將內存的分布有序化!

比如說：

我一個進程看到的，是一個連續的0-ffff的地址，但是事實上，在物理上，這個可能是分散的，分塊的哦！

但是我進程需要知道這些嗎？根本不需要care，我只知道，我用的是0-ffff的連續的地址就行了，底層是怎么樣的，我根本不需要知道！

10.5 重新理解掛起