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2 .描述进程-PCB（process control block）进程控制块
一、冯诺依曼体系结构
1.输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等 2.中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等 3.输出单元：显示器，打印机等注意：
这里的存储器指的是内存 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备) 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
二、操作系统(Operator System)
1 .概念
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。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（例如函数库，shell程序等等）
2 .设计OS的目的
与硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序（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：一款纯正的“搞管理”的软件
1. 描述起来，用struct结构体 2. 组织起来，用链表或其他高效的数据结构
4 . 系统调用和库函数概念
在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是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，叫做系统调用。 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，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，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
三、进程
1 .基本概念
课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。
2 .描述进程-PCB（process control block）进程控制块
操作系统中，进程可以同时存在非常多
一个进程一定要有一个pcb
进程=PCB+自己的代码和数据~~ 进程=内核task_struct结构体+程序的代码和数据
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。 课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_structtask_struct-PCB的一种
在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。 task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。task_ struct内容分类
标示符(pid): 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。 优先级: 相对于其他进程的优先级。 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。 内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。 I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。 其他信息
进程动态运行：只要我们的进程task_struct，将来在不同的队列中，进程就可以访问不同的资源
进程的调度运行，本质就算让进程控制块task_struct 进行排队！
3 . 组织进程
可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。 对进程的管理，就变成了对链表的增删查改！
4 . 查看进程
进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹。 大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取
5 .通过系统调用获取进程标示符
进程id（PID） 父进程id（PPID）
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> 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
fork是一个函数，他是操作系统提供的
运行 man fork 认识fork 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）
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main() { int ret = fork(); printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); sleep(1); return 0; }fork 之后通常要用 if 进行分流
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main() { int ret = fork(); if(ret < 0) { perror("fork"); return 1; } else if(ret == 0) { //child printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); } else { //father printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); } sleep(1); return 0; }
进程每次启动，对应的pid都不一样是正常的，每次都会由操作系统分配一个pid
fork之后，父子代码共享，创建一个进程，本质是系统中多一个进程，多一个进程就是多一个：
1. 内核task_struct
2. 有自己的代码和数据（父进程的代码和数据从磁盘中加载而来，子进程的代码和数据默认情况继承父进程的代码和数据）
为什么要创建子进程？
我们创建子进程目的是想让子进程执行和父进程不一样的代码
进程具有独立性，父子进程也是两个不同的进程，也应该具有独立性，原则上数据要分开。因此，子进程的数据是只读的。
fork是一个函数，为什么能返回两次（父子进程）
当fork执行快要结束（return之前）创建子进程的核心代码已经完成，就是子进程已经创建成功，这个时候return 语句也是代码同样的也被继承，父子进程各自返回自己的函数；
7 . 进程运行
启动：
a. ./xxx，本质就算让系统创建进程并运行——我们自己写的代码形成的可执行==系统命令==可执行文件。在linux中运行的大部分执行操作，本质都是运行进程！
b. 每一个进程都要有自己的唯一标识符，叫做进程pid （unsigned int）
c. 一个进程想知道自己的pid，可以通过系统调用getpid()
d. ctrl就是在用户层面终止进程，kill -9 pid 可以直接杀死进程
e. 进程每次启动的时候，会记录自己当前在哪个路径下启动，在运行过程中做的操作也会默认对应这个路径
四、进程状态
1 .Linux内核源代码
R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。 S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠 （interruptible sleep））比如scanf函数。 D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。不可被杀，深度睡眠，不可中断睡眠 T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。 t 停止状态：当进程遇见断点时 X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。
2 .进程状态查看
ps aux / ps axj 命令
3 . Z(zombie)-僵尸进程
僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程 僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。 所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态僵尸进程危害
进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护 （内存泄漏） 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！ 内存泄漏
4 . 孤儿进程
父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？ 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程” 孤儿进程被1号init进程领养（bash），为保证子进程正常被回收，避免内存泄漏，所以要有init进程回收。
5 .进程运行态（R）
如图：每一个进程都有自己task_struct ,里面储存这进程对应的信息，另外他还可能存储着下一个pcb的地址，方便作为链表样式来管理；
我们在运行进程的时候，每一个PCB会被放在一个运行队列当中，在队列当中的状态就算是R状态。
当然一个进程时间太长的话也不会一直占用cpu，他们可能会按照时间片的方式进行切换，这样在一个时间段内同时得以推进的代码，就叫做并发
在任何时刻，都同时有多个进程在真的运行，我们叫做并行
6 .进程阻塞（S，D）
当我们在使用scanf之类的函数的时候，他运行的时候，会等待键盘资源是否就绪，键盘上面有没有被用户按下的按键，若有，按键数据交给进程。
阻塞和运行的状态变化，往往伴随着pcb被连入不同的队列中。入队列的不是进程的什么代码而是进程的pcb
这里我们要知道，不是只有cpu才有运行队列，各种设备也有自己的wait_queue .当pcb需要各种设备的数据的时候，他会被排进该设备的等待队列，等待拿到数据，拿到之后，pcb重新排入运行队列，这里就会有S~R，S~D相关的状态切换。
7 .进程挂起
进程挂起是用时间（效率）换空间的做法：
当我们内存不够用的时候，os会将一部分数据（存储在磁盘上面（唤出），以便有更多可用的内存空间，当需要使用该数据的时候，再将该数据加载回内存中（唤入）。这样的处理方法，可能会经常使用I/O，效率大大降低。
8 .进程切换
进程会根据时间片进行切换，在切换的过程中，最重要的一件事情是：上下文数据的保护和恢复
cpu内的寄存器本身是硬件，具有数据存储的能力，cpu的寄存器硬件只有一套（很多个），cpu内部的数据，可以有多套，有几个进程，就有几套和该进程对应的上下文数据。但是：寄存器！= 寄存器内容
进程上下文：cpu内部的所有的寄存器中的临时数据。
五、进程优先级
1 .基本概念
cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。
2 .查看系统进程
ps –l命令
UID : 代表执行者的身份 PID : 代表这个进程的代号 PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号 PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行 NI ：代表这个进程的nice值
3 . PRI and NI
PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高 那NI：就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值 PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice 这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行 所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值 nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。
4 . PRI vs NI
需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。 可以理解nice值是进程优先级的修正数据
5 .查看进程优先级的命令
用top命令更改已存在进程的nice：top 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
6 .其他概念
竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰 并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发
六、环境变量
命令行参数：
为什么要有命令行参数？
本质：命令行参数本质是交给我们程序的不同的选型，用来定制不同的程序功能。命令行中会携带很多的选项
例如：
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> int main(int argc,char *argv[]) { int j=0; for(j=0;argv[j];j++) printf("%s\n",argv[j]); int i=0; for(i=0;i<argc;i++) { if(strcmp(argv[i],"-a")==0) printf("-aaaaaa\n"); else if(strcmp(argv[i],"-b")==0) printf("-bbbbbb\n"); else printf("-cccccccc\n"); } return 0; } 程序里面的参数，默认是输入给父进程bash的
1 .基本概念
环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数 如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。 环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性
Linux中，存在一些全局的设置，告诉命令行解释器，应该去哪些路径下去寻址可执行程序
系统中很多的配置，在我们登陆Linux系统的时候，已经被加载到了bash进程中（内存）。所以，默认我们查到的环境变量是内存级的（重启后会恢复到配置文件中的环境变量）
我像执行我们的命令 ，和系统指令一样。
最开始环境变量不是在内存中，而是在系统的对应的配置文件中，我们可以通过以下方式去更改：
vim .vash_profile
vim .bashrc
vim /etc/bashrc
bash进程启动的时候，默认会给我子进程形成两张表：
argv[]命令行参数表：用户输入命令行，动态获取，可以更新
env[]环境变量表：来自于os的配置文件，bash通过各种方式交给子进程
2 .常见环境变量
PATH : 指定命令的搜索路径 HOME :指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录) SHELL :当前Shell,它的值通常是/bin/bash。
3 . 查看环境变量方法
echo $NAME //NAME:你的环境变量名称
例如：
4 . 和环境变量相关的命令
没有export的变量是本地变量：
本地变量只在本bash内部有效，无法被子进程继承下去，导成环境变量，此时才能被获取
内建命令
80%的命令都是由bash创建子进程执行，而export和echo是内建命令，不会创建子进程他们由bash亲自执行。
5 .环境变量的组织方式
6 .通过代码如何获取环境变量
方法汇总有：
命令行第三个参数
#include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[], char *env[]) { int i = 0; for(; env[i]; i++){ printf("%s\n", env[i]); } return 0; }通过第三方变量environ获取
#include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { extern char **environ; int i = 0; for(; environ[i]; i++){ printf("%s\n", environ[i]); } return 0; }执行结果：
7 .通过系统调用获取或设置环境变量
获取环境变量：getenv
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { printf("%s\n", getenv("PATH")); return 0; }执行结果：
8 .环境变量通常是具有全局属性的
环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { char * env = getenv("MYENV"); if(env) { printf("%s\n", env); } return 0; }直接查看，发现没有结果，说明该环境变量根本不存在
导出环境变量 export MYENV="hello world" 再次运行程序，发现结果有了！说明：环境变量是可以被子进程继承下去的！父进程的数据默认能被子进程看到并访问命令行中启动的程序，都会变成进程，实际上都是bash的子进程
