一、进程

1.概念

• 进程是程序动态运行的过程，包括创建、调度、消亡的整个过程
• 程序：存放在硬盘中的一段数据集合

2.进程的相关命令

1.top

        根据CPU占用率查看所有进程任务信息

        PID：进程ID号（每个进程唯一）， 该值>0;

        PPID：父进程ID号

2.ps-ef

        查看当前系统下所有的进程任务信息

        ps  -ef  |  grep 进程名

3.ps -aux

        查看进程信息（进程状态）

        ps -aux  |  grep  进程名

4.kill

        杀死一个进程任务

        kill   -9   进程ID

        killall  -9  进程名

5.&

        在后台执行任务

        ./a.out   &

6. ps

查看一个终端所有的前后台任务

7. jobs

查看所有的后台任务及其编号

8. fg 编号

将后台任务放到前台执行

9.nice

      使用指定优先级（-20，20）执行进程任务

        nice   -n  优先级  任务

10.renice

        重新设置一个正在运行的进程的优先级

        renice  -n 优先级  进程PID

3.进程的创建

1.虚拟地址

MMU映射后的可以访问的内存空间

2.物理地址

硬件实际的RAM空间地址，用户一般不允许直接访问物理地址，要通过MMU映射
为虚拟地址再进行访问

3.虚拟地址空间分布

每个进程执行，操作系统会为进程分配0-4G虚拟内存空间

• 内核：用户无法访问
• 栈区（.stack）：默认8M，未经初始化值为随机值，超过变量作用域回收变量空间，
  增长方向自高向低
• 堆区：（.heap）：剩余的空间为堆区，可以由程序员手动申请释放，增长方向自低向高增长
• 数据区
  • 存放字符串常量（.rodata）
  • 已初始化静态变量、全局变量（.data）：在编译时分配空间，程序运行时加载存空间中
  • 未初始化静态变量、全局变量（.bss）：在进程启动后由进程默认初始化为0值
• 文本区（.text）：存放代码和相关指令

4.多个进程的空间

进程空间是独立的

• 多进程进程共用同一虚拟地址空间，但物理是独立的
• 进程1执行时MMU将进程1的物理地址空间映射到虚拟地址空间中
• 进程2执行时MMU将进程2的物理地址空间映射到虚拟地址空间中

4.进程调度

• 先来先执行，后来后执行
• 短作业优先执行
• 高优先级先执行
• 时间片轮转调度算法
  • CPU在任务中运行的一段时间称为时间片（5-10ms）
  • 宏观并行，微观串行
• 多级队列反馈调度算法
• 负载均衡调度算法
• 抢占式调度算法

5.进程状态

1.运行态（R）

任务正在被CPU执行

2.就绪态（R）

任务正在处于就绪队列中，但未被CPU找到

3.可换醒等待态（S）

任务等待某个资源被CPU挂起，等待过程中可以被唤醒

4.不可唤醒等待态（D）

任务等待某个资源被CPU挂起，等待过程不能被打断

5.停止态（T）

用户将某个任务暂停

6.僵尸态（Z）

进程执行结束， 空间未被回收

7.结束态（X）

进程执行结束， 空间被回收

6.进程相关函数接口

1.fork

pid_t fork(void);
功能：

• 创建一个子进程空间

参数：

• 缺省

返回值：

• 成功父进程返回子进程的PID
• 子进程返回0
• 失败返回-1

子进程会拷贝父进程的文本段（代码）、数据段（静态变量、全局变量、字符串常
量）、堆区（malloc）、栈区（局部变量）、缓存区

2.getpid

pid_t getpid(void);
功能：
获得调用进程的PID

3.getppid

pid_t getppid(void);
功能：
获得调用进程的父进程PID

//为一个进程创建2个子进程，子进程中打印自己的PID和父进程的PID，父进程中打印自己的PID和2个子进程的PID

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main(void)
{
    pid_t pid1;
    pid_t pid2;

    pid1 = fork();

    if(-1 == pid1)
    {
        perror("fail to fork");
        return -1;
    }
    if(0 == pid1)
    {
        printf("I am child1, PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());
    }

    else if(pid1 > 0)
    {
        pid2 = fork();

        if(0 == pid2)
        {
            printf("I am child2, PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());
        }
        else if(pid2 > 0)
        {
            printf("I am parrent1, PID:%d, child1.pid:%d, chile2.pid:%d\n", getpid(), pid1, pid2);
        }
    }

    while (1)
    {
        
    }
    
    return 0;
}

4.exit

void exit (int status)

功能：

让进程结束  （在主函数中调用与return效果相同）

在主函数中调用exit和return 效果相同

5._exit

void _exit (int status)

功能：

   直接让进程结束

exit：刷新缓存区， 执行一系列进程退出注册的操作，最后让进程结束

_exit: 不会刷新缓存区，直接让进程结束

6.wait

pid_t wait(int *wstatus)

功能：

        回收子进程空间

        具有阻塞功能， 子进程没结束， 父进程等待子进程结束后，回收子进程空间

参数：

        wstatus：存放于进程结束状态空间的首地址

返回值：

        成功返回回收到的子进程的PID

        失败返回 -1；

WIFEXITED(wstatus)：判断子进程是否正常退出
WEXITSTATUS(wstatus)：获得子进程结束时的值
WIFSIGNALED(wstatus)：判断子进程是否被信号杀死
WTERMSIG(wstatus)：获得杀死子进程信号的值
WCOREDUMP(wstatus)：判断子进程是否段错误退出
WIFSTOPPED(wstatus)：判断子进程是否被停止
WSTOPSIG(wstatus)：获得停止子进程的编号
WIFCONTINUED(wstatus)：判断进程是否继续执行
 

7.waitpid

pid_t     waitpid(pid_t pid, int * wstatus, int optinons);

功能：

• 回收指定的子进程空间

参数：

• pid: 回收子进程的id号， -1表示任意子进程
• wstatus:存放子进程结束状态空间的首地址
• options:

0                          阻塞回收

WNOHANG        非阻塞回收

返回值：

• 成功返回回收到的子进程的PID
• 失败返回-1
• 若是WNOHANG设置，没有子进程结束，返回0；

wait（NULL）==waitpid（-1，NULL，0）

7.进程的消亡

1）僵尸态

进程代码执行结束，但是空间没有被回收

2）避免僵尸态的方法

• 让父进程先结束， 子进程成为孤儿进程，孤儿进程会被init进程收养，子进程结束后，init回收子进程空间，避免产生僵尸进程
• 子进程结束，父进程回收子进程空间，避免产生僵尸进程

8.exec函数

int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char
* const envp[] */);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
功能：
利用进程空间执行另外的一段代码
l:参数以列表形式传递
v:参数以指针数组形式传递
p:在环境变量PATH对应的目录下找file
e:更新进程的环境变量

二、线程

1.概念

线程是轻量级的进程

2.进程和线程的区别

• 进程的空间是独立的
• 线程空间位于进程空间内部，独享栈区（每个线程栈区独立）， 共享文本区、数据区、堆区、（一个进程中的多个线程共用上述区域）
• 进程是操作系统资源分配的最小单元
• 线程是cpu任务调度的最小单元

3.线程的创建

        每个线程会创建一个 属于该线程的独立的栈空间（默认8M），文本区，数据区、堆区使用进程中的区域

4.线程的调度

• 等同于进程调度
• 宏观并行，微观串行

5.线程的消亡

• 等同于进程的消亡，线程消亡需要回收栈空间

6.多进程和多线程的优缺点

1.进程

• 每个进程空间独立，安全性好，一个进程异常崩溃不会影响其余进程
• 多余进程调度，效率低。切换进程任务时需要映射不同的物理地址，增大系统开销
• 多进程通性不方便，因为空间独立，没有共享空间
• 进程考虑资源竞争问题，因为没有共享空间

2.线程

• 线程位于进程空间内部， 线程异常崩溃会导致进程崩溃，进程中其余线程均结束
• 多线程调度效率高（在同一进程内部切换不同任务）
• 多线程调度非常方便，多线程数据区、堆区共享
• 通过锁的机制防止资源竞争

7. 线程相关函数接口：

1.pthread_create

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：

• 创建一个线程任务

参数：

• thread:存放线程ID空间首地址
• attr:线程的属性，使用默认属性传NULL
• start_routine:线程函数入口
• arg:线程函数的参数

返回值：
成功返回0
失败返回非0