一、多任務概述

1.定義：

讓系統(tǒng)具備同時處理多個任務的能力

2.實現(xiàn)過程

• 多進程
• 多線程
• 進程間通信

二、進程概述

1.定義

一個正在運行的程序稱為一個進程，其運行過程中需要消耗內(nèi)存和CPU。

2.程序和進程的區(qū)別

                       程序                                                                                        進程

靜態(tài)的數(shù)據(jù)集合，存儲在硬盤空間                    是一個程序動態(tài)執(zhí)行的過程，需要消耗內(nèi)存和CPU

程序運行起來可以產(chǎn)生進程                               進程具備動態(tài)生命周期，從產(chǎn)生到調(diào)度再到消亡

一個程序可以產(chǎn)生多個進程                               一個進程中也可執(zhí)行多個程序

3.進程的產(chǎn)生

進程產(chǎn)生時，操作系統(tǒng)都會為其分配0-4G的虛擬內(nèi)存空間。操作系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)如下圖所示：

（1）內(nèi)核: 1 文件管理；2. 進程管；3. 內(nèi)存管理。

（2）棧區(qū)：1.保存局部變量；2.函數(shù)的形參和返回值；3.保存函數(shù)的調(diào)用關(guān)系（保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場）。

（3）堆區(qū)：1. 由開發(fā)人員手動分配；2. 使用完要手動釋放。

（4）數(shù)據(jù)區(qū)：

• data段：1. 已初始化的全局變量 ;2. 已初始化的靜態(tài)變量。
• bss段：1.未初始化的全局變量 ； 2. 未初始化的靜態(tài)變量（static）-->bss段初始時按位清0。
• 字符串常量區(qū):保存字符串常量   "hello world"

（5）文本區(qū)：1. 存放指令代碼   ；2. 存放常量。

4.進程的調(diào)度

• CPU：

由于CPU數(shù)據(jù)處理速度快，因此是“宏觀并行，微觀串行”。

• cpu調(diào)度算法

1、時間片輪詢算法

2、先來先服務，后來后服務（任務隊列）

3、短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度

4、高優(yōu)先級先執(zhí)行，低優(yōu)先級后執(zhí)行

5.進程的狀態(tài)

• 操作系統(tǒng)的三態(tài)圖：

• Linux操作系統(tǒng)的進程狀態(tài)：

• 各進程狀態(tài)：

1.運行態(tài)(用戶運行態(tài)、內(nèi)核運行態(tài))     R

正在執(zhí)行,且被CPU任務調(diào)度所執(zhí)行的進程    

2.就緒態(tài)    R

正在執(zhí)行,沒有CPU任務調(diào)度執(zhí)行的進程（只缺少cpu）

3.可喚醒等待態(tài)    S

也稱為睡眠態(tài),阻塞等待資源的進程

4.不可喚醒等待態(tài) D

不想被CPU任務調(diào)度所打斷的進程任務可以設(shè)置為不可喚醒等待態(tài)       

5.暫停態(tài)    T

被暫停執(zhí)行的進程        

6.僵尸態(tài)    Z

進程執(zhí)行結(jié)束,空間沒有被回收        

7.結(jié)束態(tài)    X

進程執(zhí)行結(jié)束,空間被回收

6.進程的消亡

• 進程執(zhí)行結(jié)束（進程退出）
•  回收進程資源空間

三、進程相關(guān)的命令

• 父進程：產(chǎn)生子進程的進程稱為父進程
• 子進程：父進程產(chǎn)生出來的新進程即為該父進程的子進程

1. ps  -aux

查看進程相關(guān)參數(shù)：PID、狀態(tài)、CPU占有率、內(nèi)存占有率

• USER：創(chuàng)建者
• PID：進程的ID號
• %CPU：CPU占有率
• %MEM：內(nèi)存占有率
• TTY：當前進程所關(guān)聯(lián)的終端
• STAT：當前進程的狀態(tài)值（帶“+”號表示前臺進程，不帶“+”號表示后臺進程）
• START TIME：進程創(chuàng)建的時間
• COMMAND：進程的名稱（init進程是操作系統(tǒng)啟動的第一個進程)

ps -aux | grep ./a.out

• |：管道 ：前面命令的輸出作為后面命令的輸入
• grep：字符串查找：在輸入中查找和后面字符串相關(guān)的數(shù)據(jù)        

2. top

動態(tài)查看進程的相關(guān)參數(shù)：CPU占有率、內(nèi)存占有率

——按照CPU、內(nèi)存占有率的高低進行排列的

• PR、NI：表示進程的優(yōu)先級，值越小，優(yōu)先級越高
• TIME+：進程運行的時間

3. ps -ef查看該進程的ID和父進程ID

4. pstree查看進程的產(chǎn)生關(guān)系

pstree -p

查看進程的產(chǎn)生關(guān)系(有PID號)

pstree -sp  進程PID號

查看某個指定的進程的產(chǎn)生關(guān)系

5.kill

kill -信號的編號/信號的名稱  PID

向進程發(fā)送信號，讓進程的狀態(tài)發(fā)生變化

由第一張圖片中可以看出20429進程一開始是在R+運行狀態(tài)，執(zhí)行kill相關(guān)命令，其進程被殺死。

結(jié)束一個進程的三種表示形式：

kill -9 PID
kill -SIGKILL PID
killall -9  進程名稱

kill -l

查看系統(tǒng)支持的信號

• 9——SIGKILL——殺死信號
• 19——SIGSTOP——暫停態(tài)信號
• 18——SIGCONT——喚醒信號

+前臺進程后臺進程

6. jobs查看當前終端的后臺進程

7.fg

[ fg 后臺進程編號]

讓后臺進程切換成前臺進程

四、進程相關(guān)的編程

1.實現(xiàn)進程的步驟

進程創(chuàng)建 ：   fork()

• getpid()：獲取當前進程自己的PID號
• getppid()：獲取當前進程父進程的PID號

進程調(diào)度：操作系統(tǒng)完成

進程消亡:

• 1.進程退出：return、exit()相關(guān)函數(shù)
• 2.回收資源空間：wait（）、waitpid（）

2.進程創(chuàng)建函數(shù)

pid_t fork(void);

功能：通過拷貝父進程產(chǎn)生一個新的子進程

• 子進程完全拷貝父進程0-3G的虛擬內(nèi)存空間
• 子進程拷貝父進程PCB（進程控制塊）塊中的部分內(nèi)容：PID不拷貝

返回值：

• >0：父進程 ，是子進程的PID號
• ==0：子進程
• -1 ：出錯

3.示例程序

使用fork函數(shù)創(chuàng)建新進程，

• 父進程打印自己的PID和自己子進程的pid
• 子進程中打印自己的PID和父進程的PID

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
    
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0)
    {   
       
        while(1)
        {   
            printf("I am father pid = %d sonpid = %d \n",getpid(),pid);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {   
        
        while(1)
        {

            printf("I am son pid = %d ppid = %d \n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error");
    }

    return 0;
}

注意：

1. 子進程完完整整拷貝父進程0-3G虛擬內(nèi)存空間。

2. 父子進程棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、文本區(qū)、堆區(qū)完全獨立，數(shù)據(jù)不共享

3. 要想共享數(shù)據(jù)，需要使用進程間通信方式實現(xiàn)

例如以下程序：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
    
    pid_t pid = fork();
    int num = 0;
    if(pid > 0)
    {   
       num = 100;
        while(1)
        {   
            printf("I am father pid = %d sonpid = %d  num = %d\n",getpid(),pid,num);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {   
        num = 1000;
        while(1)
        {

            printf("I am son pid = %d ppid = %d num = %d\n",getpid(),getppid(),num);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error");
    }

    return 0;
}

運行結(jié)果如下：

3.進程退出函數(shù)

（1）main中return

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
	return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{

	int i = 15;
	while (i--)
	{
		printf("PID = %d\n", getpid());
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

 （2) exit ()、_exit() :結(jié)束一個進程

• exit (0) : 正常退出
• exit (非0) ：由于進程產(chǎn)生了某種問題，需要主動退出進程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
	exit(0);
	return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{

	fun();
	
	printf("hello world\n");
	return 0;
}

4.回收資源空間：

wait（）、waitpid（）

僵尸進程：進程退出后，但其資源空間未被父進程回收

如何避免僵尸進程產(chǎn)生：

1.  子進程退出后，父進程及時為其回收資源空間

2.  讓該進程成為一個孤兒進程，結(jié)束時被操作系統(tǒng)中的系統(tǒng)進程回收

孤兒進程：父進程先消亡，其對應的子進程成為一個孤兒進程，會被系統(tǒng)進程所收養(yǎng)

（守護類的進程）

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	pid_t pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
	
		while (1)
		{
		
			printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
			sleep(1);
		}
	}
	else if (0 == pid)
	{
		int i = 15;
		while (i--)
		{
			printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		perror("fork error");
	}
	return 0;
}

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	pid_t pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
		int i = 10;	
		while (i--)
		{
		
			printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
			sleep(1);
		}
	}
	else if (0 == pid)
	{
		int i = 20;
		while (i--)
		{
			printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		perror("fork error");
	}
	return 0;
}

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。