第四、五章 进程

CPU虚拟化的产物：进程（process）

OS重要思想：资源共享思想

• 时分共享：每次由一个实体使用一小段时间（one at a time），典型应用是进程共享CPU。
• 空分共享 : 每个实体同时使用一小部分资源（all a little）

一、进程的概念

进程是操作系统对运行程序的抽象。

• 当用户运行程序时，操作系统创建一个进程
• 操作系统每次选择一个进程在CPU上运行一段时间
• 操作系统将CPU时分共享给多个进程

特点：

• 时分共享，虚拟化
• 提供假象
• 一个进程等待时另一个进程做事（Overlap）

（多）进程的引入：优点

• 提升系统资源利用率，减小延迟
• 提升系统可靠性
• 简化编程模型

二、进程的创建

• 将程序的代码和静态数据加载到进程的内存地址空间。

  • 惰性执行：仅当代码片段或数据需要使用时才进行加载

• 为程序的运行时栈分配内存

• 为程序的堆分配内存

• OS执行一些其他初始化任务

• 运行程序

  • 进程以进程号PID唯一标识

查看进程信息：

• $ ps -a //查看运行的进程
• $ ps -aux|grep PID //查看进程号为PID的进程详细信息
• $ kill PID //杀死PID进程

三、进程的状态

• 初始态
• 运行态
• 就绪态
• 阻塞态
• 终止态

进程控制块

进程控制块（PCB）：OS控制进程运行的数据结构

• 进程标识信息：PID等
• 执行现场信息：CPU现场
• 进程映像信息：进程的地址空间
• 进程资源信息：文件、信号、共享内存、消息队列、通讯端口等
• 其他信息

四、进程的API

fork()

UNIX系统中，用fork()创建进程

• 在一个运行的进程（父进程）中创建新的进程
• 子进程得到父进程的资源拷贝，指令相同（子进程从 fork() 处继续执行）
• 父子进程PID不同
• fork() 后父子进程由独立的地址空间
• 父子进程的 fork() 返回值不同（以此进行区分），父进程返回值是子进程的PID，子进程中返回值是0

仅用 fork() 创建进程有什么问题：父子进程的运行顺序/时间有差异，导致不确定性。

wait()

wait用于等待任一子进程结束。

返回值：

• 如果成功，返回结束的子进程PID
• 如果有错误， 返回-1

int wc = wait(NULL)

exec()

• 将当前进程印象替换成新的程序文件并执行
• 从可执行文件中加载代码和静态数据，覆盖自己的代码和静态数据，堆、栈也会被重新初始化
• exec()成功调用不会返回
• 在子进程中调用exec()，从而执行与父进程不同的程序

为什么要这样设计

• fork()大大简化了新进程初始化的工作
• fork()可以更好帮助子进程使用父进程的数据
• fork() ，wait()，exec()的完美结合，千变万化