Linux进程概念（下）

前言

上文介绍了进程的基本概念，进程=内核数据结构+可执行程序，查看进程的方式ps 和/proc指令。

又熟悉常见的进程状态，状态修改的本质就是将PCB标志位更改，然后放到指定的队列中。

本文继续介绍进程的概念，将介绍进程的优先级、O(1)调度算法、环境变量、进程地址空间等等。

进程的优先级

为什么要有优先级？

因为CPU资源是少数的，系统内的进程是多数的，所以进程之间会存在竞争CPU资源，就要对进程进行排队，这个排队的过程就是确定进程的优先级。

查看系统的优先级

ps -al 查看系统默认的优先级

PRI和NICE

linux下利用PRI和NICE同时确认系统的优先级
PRI是默认优先级，每一次都会被设置为80，而NICE是调整值。
如果NICE是-10，优先级=80-10=70。如果NICE=15，优先级=80+15=95。
优先级的范围是60-99，不在这个范围的优先级会被调整为边界。

为什么要限定优先级的范围？
本质就是让CPU调度的时候，能够较为均衡的把每一个进程都调度，防止进程饥饿问题。

修改系统的优先级

TOP+R指令

进程的上下文切换

CPU只有一套寄存器，进程是独立的，也就是说每一个进程都能使用这一套寄存器。

进程的上下文数据会被保存在寄存器中，上下文数据就是产生的临时数据等等。

进程的时间片结束时候，会将寄存器中的上下文数据保存到进程PCB当中，当该进程的时间片再次到来，会将保存在PCB中的上下文数据恢复到寄存器当中。这个过程就叫做上下文切换。

Linux内核2.6下的O(1)调度算法

处于运行队列的PCB都会等待CPU调度。

运行队列会维护俩份队列和位图，活跃进程指针和过期队列进程指针。

调度进程时候，会先到通过活跃进程的bitmap找到哪一位上不为0，然后到活跃队列的对应下标去取PCB来调度。而调度完的PCB和后来的PCB都应该被放到过期队列中。

当活跃队列为空时，就交换活跃队列和过期队列的指针。

所谓的插队就是将后来的进程放到活跃队列中，而不是放到过期队列中。

提高效率的操作是bitmap:5*32=160位，就可以32位一起判断，而不是遍历整个队列。
保证均衡调度的是：维护双队列，后来的放到过期队列，不影响先来正在调度的进程。

命令行参数

命令行参数是main函数中的参数，可以在执行前通过命令行可执行程序+选项的方式，被进程获取。

测试简单的命令行参数

注意：

命令行参数是以字符串的形式组织起来。
在最后一个参数结束后，会以nullptr结尾。

命令行参数的意义？
支持各种指令级别选项设置。

实际上，我们在linux下输入的各种指令就是可执行进程，如果输入选项字段，就是命令行参数。

环境变量

linux各种指令的本质就是可执行程序，这一点是可以被验证的。

模拟touch创建一个文件

  1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 int main(int argc,char * argv[]){4     if(argc!=2){5         printf("command error!\n");6         exit(0);7     }8     FILE * fp;9     fp=fopen(argv[1],"w+");10 11     fclose(fp);12     return 0;13 }

与linux下不同的是，我们需要指明路径，而OS的程序就不用。

主要是因为OS会通过环境变量的方式内保留可执行程序的搜索路径

环境变量的概念

环境变量是指操作系统用来指定操作系统运行环境的一些参数。

比如在链接动静态库的时候，不用指明具体路径，照样可以链接成功。

环境变量通常有特定的功能，具有全局属性。

常见的环境变量

通过env查看全部的环境变量

常见的环境变量：

PATH:默认的搜索路径
PWD:当前目录
LOGNAME:日志名称
HOME:家目录，用户登录到linux下的目录。

查看环境变量

通过echo $(环境变量)的方式查看莫一个环境变量

echo &PATH

测试环境变量

将之前撰写的mytouch添加进行PATH搜索路径环境变量

1.将mytouch添加进行指定的目录
2.为PATH添加路径

验证一：

验证二：
通过指令为PATH添加mytouch的路径

 PATH=$PATH:/home/lyh/proctest

获取环境变量

通过miai函数传参

其实main函数的第三个参数是一张环境变量表

通过main函数的第三个参数就能获取到环境变量表，这个环境变量表和env指令看到的是一样的。

当环境变量作为参数传递给main函数，实际上是以字符串数组的形式，末尾是NULL结尾

通过getenv

系统调用getenv获取指定的环境变量

环境变量是从父进程继承过来的，但是bash进程的环境变量是从哪里来的？

从配置文件中读取而来的。

在home目录中存在一个/profile 文件，配置着环境变量

我们也可以自主添加环境变量，比如：变量名=值

但是这样添加的，只能称为本地变量，如果想成为环境变量，就必须通过export导入

删除导入的环境变量：unset

注意：
即使通过export导入的环境变量，在shell重新登录时候，都会被清空，因为shell会读取配置文件的环境变量，除非你把自定义的环境变量导入到配置文件中。

获取环境变量的第三种方式

通过environ全局参数，用法和main函数的参数一致。

 int main(){//这里只是声明一下extern char **  environ;for(int i=0;environ[i];i++){ printf("environ[%d]:%s\n",i,environ[i]);} return 0;}

环境变量具有全局属性，会随着子进程一直继承下去。

本地变量vs环境变量

本地变量只在当前会话的bash中有效，并且不会随着进程继承下去。环境变量会在所有的子进程中继承。

linux下指令分类：常规的进程（fork子进程程序替换实现）。2.内建命令：由bash提供的函数。

进程地址空间

实验：在父进程中创建全局变量值为100，fork创建子进程。五秒后，子进程将值修改为200。观察父子进程的值是否一致。

最后发现父进程的值为100，子进程的值为200。val的值是不一致的，但是同一个值的地址确不同。

说明我们这个地址肯定不是内存上的地址。到达是什么？是虚拟地址。本文就来探讨一下进程地址空间的相关内容。

每一个进程都有一个虚拟地址空间的存在

当进程被启动的时候，会创建PCB建立地址空间。操作系统必然会对这些地址空间管理，所以地址空间就是内核的数据结构。会被记录在进程的PCB中。

进程地址空间就是（struct mm_struct）

进程间不会共享同一个地址空间，因为要保证进程的独立性。让进程知道自己有机会获取到所有的物理空间。

页表：（空间映射）

每个进程都存在自己的地址空间，当磁盘上的数据被加载到内存上时，会先建立虚拟地址和物理地址的映射。并且将这种映射关系保存到页表上，用于从虚拟地址，找到实际内存上的地址。

什么是地址空间

回答这个问题前，先了解一下区域划分。在一根直尺上，如果最小刻度是cm。

那么假设区域1的起始地址是0cm,结束地址是10cm。区域2的起始地址是 11cm，结束是30cm。

那对于区域1中，我们也可以继续划分，我们可以按照mm划分，划分成为更小的刻度。

所以区域划分的本质就是用start和end标志你的空间。

进程地址空间的划分也是如此

struct destop_area{_size,字符常量区_start,_end,代码区 _start,_end,栈区 _start,_end......
}

看一看内核中的定义

asmlinkage int
osf_set_program_attributes(unsigned long text_start, unsigned long text_len,unsigned long bss_start, unsigned long bss_len)
{struct mm_struct *mm;lock_kernel();mm = current->mm;mm->end_code = bss_start + bss_len;mm->brk = bss_start + bss_len;
#if 0printk("set_program_attributes(%lx %lx %lx %lx)\n",text_start, text_len, bss_start, bss_len);
#endifunlock_kernel();return 0;
}

内核中就是由start和end组成

所以进程地址空间就是struct结构体，维护了start和end指针对物理地址做了虚拟的空间划分。

页表是被保存在寄存器上的，也可以通过指针找到页表。

页表的地址是虚拟还是物理地址？物理地址。

回答实验的问题

为什么一个变量，有俩个值。

当一个进程被启动时，就会创建pcb结构体，创建mm_struct地址空间。同时保存页表，对必要的数据做物理内存到虚拟地址上的映射，也就是说假设变量的地址为0x00003344那么物理地址映射的可能就是0x22334455。这时创建子进程，子进程就会以父进程的PCB为模板创建子进程的PCB，同时也会复制一份父进程的地址空间，以及页表映射。