标签：gcc 架构程序指令和数据概念进程 include

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进程的概念与创建

创建时间: May 30, 2024 7:54 PM

进程的概念与创建.md

进程的概念

Title: 程序的概念

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/30

**NOTES**

指令和数据一起存储的架构被称为冯·诺依曼架构（Von Neumann Architecture）。这种架构由数学家和物理学家约翰·冯·诺依曼在1945年提出，是现代计算机系统的基础。

冯·诺依曼架构的主要特点包括：

存储器：指令和数据存储在同一个存储器中，没有专门的指令存储器和数据存储器之分。

中央处理单元（CPU）：CPU包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元和寄存器。控制单元从存储器中取指令，并通过解码执行这些指令。

输入/输出系统：用于与外部设备进行数据交换。

顺序执行：程序指令按顺序执行，除非遇到跳转指令。

这种架构的一个主要问题是“冯·诺依曼瓶颈”，即由于指令和数据共享同一条总线，可能会导致数据传输速度受限，从而影响系统性能。尽管如此，冯·诺依曼架构仍然是大多数现代计算机系统的基础。
指令和数据分开存储的架构被称为哈佛架构（Harvard Architecture）。这种架构最初用于哈佛大学的Mark I计算机，因此得名。

哈佛架构的主要特点包括：
1. 分离的存储器：指令存储器和数据存储器是分开的，这意味着指令和数据可以同时访问，不会互相干扰。
2. 独立的总线：指令和数据各自有独立的总线系统，这提高了数据传输的效率，减少了冯·诺依曼瓶颈的问题。
3. 并行处理：由于指令和数据可以同时读取和写入，哈佛架构在某些应用中可以实现更高的性能。
哈佛架构常用于嵌入式系统和数字信号处理器（DSP），因为这些系统通常需要高效的并行数据处理能力。

总的来说，哈佛架构与冯·诺依曼架构的主要区别在于存储器的组织方式和数据传输的效率。哈佛架构通过分离指令和数据存储器，能够在某些特定应用中提供更高的性能。
系统硬件组成

加载：从主存中复制一个字节或者一个字到寄存器，已覆盖寄存器原来的内容

存储：从寄存器复制一个字节或者一个字到主存的某个位置，以覆盖这个位置上原来的内容

操作：把两个寄存器的内容复制到ALU，ALU对这两个字做算数运算，并将结果存放到一个寄存器中，以覆盖寄存器中原来的内容

跳转：从指令本身中抽取一个字，并将这个字复制到程序计数器PC中，以覆盖PC中原来的值
主存的映射出的虚拟内存的内部结构

Title: 程序的编译

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/30

**NOTES**

GCC（GNU Compiler Collection）是一个强大的编译器套件，支持多种编程语言，包括C、C++、Fortran、Ada、Go和D等。GCC不仅是一个编译器，还包含了一系列工具和库，帮助开发者进行程序开发和优化。以下是GCC套件的主要组成部分及其功能：

1. 编译器（Compilers）
- gcc：C语言编译器。
- g++：C++语言编译器。
- gfortran：Fortran语言编译器。
- gccgo：Go语言编译器。
- gnat：Ada语言编译器。
- gcc-d：D语言编译器。
2. 预处理器（Preprocessor）
- cpp：C和C++的预处理器，用于处理宏定义、文件包含和条件编译。
3. 汇编器（Assembler）
- as：将汇编语言代码转换为机器码。
4. 链接器（Linker）
- ld：将编译后的目标文件和库文件链接成可执行文件或共享库。
5. 库（Libraries）
- libgcc：GCC运行时库，提供异常处理、算术运算等功能。
- libstdc++：C标准库，实现了C标准库的所有功能。
- libgfortran：Fortran运行时库。
- libgo：Go语言运行时库。
- libgnat：Ada运行时库。
6. 调试和分析工具
- gdb：GNU调试器，用于调试程序。
- gcov：代码覆盖率分析工具，帮助开发者了解哪些部分的代码被执行了。
- gprof：性能分析工具，用于分析程序的性能瓶颈。
7. 构建工具
- make：自动化构建工具，使用Makefile定义构建规则。
- autoconf：自动生成配置脚本，检测系统环境并生成Makefile。
- automake：自动生成Makefile.in文件，配合autoconf使用。
8. 其他工具
- nm：列出目标文件中的符号表。
- objdump：显示目标文件的详细信息。
- strip：去除目标文件中的符号表和调试信息。
- ar：创建、修改和提取静态库文件。
- ranlib：生成静态库的索引。
9. 编译器前端和后端
- 前端（Front End）：处理源代码的语法和语义分析，不同语言有不同的前端。
- 后端（Back End）：处理代码生成和优化，生成目标机器码。
安装和使用

安装GCC

在大多数Linux发行版上，可以通过包管理器安装GCC。例如，在Debian/Ubuntu上：
```
sudo apt update
sudo apt install build-essential
```
在Fedora上：
```
sudo dnf install gcc gcc-c++
```
在macOS上，可以使用Homebrew安装：
```
brew install gcc
```
使用GCC编译程序

编译C程序：
```
gcc -o myprogram myprogram.c
```
编译C++程序：
```
g++ -o myprogram myprogram.cpp
```
编译并链接多个源文件：
```
gcc -o myprogram file1.c file2.c
```
使用优化选项：
```
gcc -O2 -o myprogram myprogram.c
```
启用调试信息：
```
gcc -g -o myprogram myprogram.c
```
编译流程

预处理指令： gcc -E xxx.c -o xxx.i 会生成预处理文件 xxx.i

编译指令：gcc -S xxx.i -o xxx.s 会生成对应汇编文件 xxx.s

编译指令：gcc -c xxx.s -o xxx.o 会生成汇编后的文件 xxx.o

编译指令：gcc hello.o -o hello -lc -lgcc 会得到可执行文件 xxx // l是lib的缩写

Title:进程的理论

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/31

**NOTES**

当源文件编译通过并且完成链接动作之后，则得到一个可以执行的ELF文件，ELF文件中包含了程序的指令和数据以及相关函数接口的跳转地址等信息，当用户运行程序时，操作系统就会把程序相关的指令和数据载入内存，并为程序分配对应的内存空间，然后通知CPU完成程序的相关动作。

用户编写的源文件是存储在外存（磁盘）中的，而使用编译器生成的ELF可执行文件也是存储在外存中的，这两者都是静态的，操作系统也并没有为两者分配系统资源。

![Untitled](%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E7%9A%84%E6%A6%82%E5%BF%B5%E4%B8%8E%E5%88%9B%E5%BB%BA%20457115f033e14854bcee0180efc1f16e/Untitled%202.jpeg)

**当可执行文件得到运行**，操作系统才会把可执行文件中的**指令和数据从外存中读取出来并写入内存**，并且会为**程序分配系统资源（内存空间、CPU使用权等**），所以**程序从静态变为动态**，这种**正在进行中**的程序，操作系统就把其称之为**进程**（process）。也**可以理解为进程是程序在处理器上的一次执行过程**。

回答：一般进程在创建之后，操作系统都会为进程分配一块内存来记录进程的各项参数信息，所以这块内存被称为进程控制块（Processing Control Block，缩写为PCB）。每个进程都有PCB，用于标识进程的存在以及记录进程的信息。
在Linux系统中进程控制块PCB是以一个名称叫做struct task_struct的结构体作为载体来存储信息的，该结构体被定义在一个名称叫做sched.h的头文件中。

进程标识符

每个进程都有一个有系统分配的唯一的PID进程标识符（process identifier），用于区分系统中的其他进程，这个PID也是Linux内核提供给用户访问进程的一个接口，用户可以通过PID控制进程。

进程当前状态

Title: 进程的创建和使用

Subject: 进程的概念

Date:2024/5/31

**NOTES**

在Linux系统中运行的所有进程也可以构成一个进程树，并且该进程树也有一个祖先，用户可以通过Linux系统提供的shell命令：pstree 来打印进程关系。
守护进程也被翻译为精灵进程或者后台进程，是一种旨在运行于相对干净环境、不受终端影响的、常驻内存的进程，就像神话中的精灵拥有不死的特性，长期稳定提供某种功能或服务。

systemd其实是一个 Linux 系统基础组件的集合，它提供了一个系统和服务管理器，然后运行为 PID 1的进程，负责在系统启动或运行时激活系统资源，并且管理服务器进程和其它进程。

进程的创建
1. Linux系统中只有进程才可以在系统运行，所以一个程序想要运行，就必须为该程序创建进程。linux内核提供了一个名字叫做fork()的系统调用接口，该接口可以在进程中创建一个子进程。
  1. fork函数的返回值对于父进程和子进程而言是不同的，fork函数在父进程中返回的是创建成功的子进程的PID，fork函数在子进程中的返回值是0，当然，如果子进程失败则返回-1。
  2. 由于子进程会拷贝父进程的代码段和数据段，所以父进程剩余的程序会执行两遍，请问如何区分到底是哪个进程在执行程序？是否父进程的程序会优先于子进程执行？
    
    通过fork函数的返回值来区分父进程和子进程，父进程和子进程的执行顺序是由操作系统的调度器决定的。也可以选择利用某些机制来调整执行顺序。
  3. 回答：就是调用fork的时候子进程已经拷贝了父进程的代码段、数据段、堆栈段，所以fork函数还没有执行完成，就会在两个进程空间继续执行，就会得到两个不同的返回值。
进程的撤销
1. 一个进程在完成自身任务之后应该及时撤销，这样就可以及时的释放进程的资源，此时可以分为两种情况：一种是撤销指定进程，另一种是撤销指定进程以及该进程的所有子孙进程。不管是哪种情况，都应该及时回收进程占用的资源。
  1. wait函数的参数是一个指针，用于记录子进程的退出状态，如果该参数为NULL，则表示当前进程放弃子进程的退出状态。对于该指针中记录的值，用户可以通过系统提供的宏定义来分析子进程的退出状态。
  2. 另一个叫做waitpid()的系统调用函数，该函数也可以等待子进程状态改变并回收子进程的系统资源，只不过该函数的针对性更强，可以指定回收某个子进程的系统资源。
进程的执行
1. 回答：当然是可以的，Linux系统标准库中提供了一组函数接口来实现在进程中加载和执行指定的程序。
2. linux系统还提供一个函数，名称叫做system()，这个函数也可以让新进程执行shell命令。

**SUMMARY**

pstree 来打印进程关系
创建进程的函数：fork() 函数用于创建一个新进程，它没有参数，返回一个 pid_t 类型的值。

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

获取当前PID 用 getpid ，父进程PID 用 getppid

进程的撤销与回收

wait() 函数用于使父进程等待其子进程之一终止。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *wstatus);

waitpid() 函数用于等待特定的子进程终止。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

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

kill() 函数用于向进程发送信号，可以用于终止进程。

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

进程的执行

system() 函数用于执行 shell 命令

#include <stdlib.h>

int system(const char *command);

练习：编程产生一个进程链，父进程派生一个子进程后，输出自己的PID，然后退出，该子进程继续派生子进程，然后打印PID，然后退出，以此类推，要求父进程比子进程先输出PID，另外进程链的数量由用户通过键盘输入。

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

int main() {
    int n;

    printf("Enter the number of processes in the chain: ");
    scanf("%d", &n);

    if (n <= 0) {
        printf("The number of processes must be greater than 0.\n");
        return 1;
    }

    pid_t pid;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        pid = fork();

        if (pid < 0) {
            perror("fork failed");
            exit(1);
        } else if (pid == 0) {
            // Child process continues the loop
            continue;
        } else {
            // Parent process
            wait(NULL);  // Wait for the child process to complete
            printf("Process PID: %d\n", getpid());
            exit(0);
        }
    }

    // The last child process will reach this point
    printf("Process PID: %d\n", getpid());
    return 0;
}

子进程在循环的第二次时会进入pid>0的判断中，此时也会像自己的父进程一样等待，自己的子进程完成创建子进程的任务，一直到创建了n个后，开始返回，对应的父进程开始打印自己的pid，最后一个子进程在循环结束后会打印自己的 PID。

标签：gcc,架构,程序,指令和数据,概念,进程,include
From： https://www.cnblogs.com/kencszqh/p/18227721

进程的概念

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进程的概念与创建

进程的概念

Title: 程序的概念

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/30

Title: 程序的编译

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/30

Title:进程的理论

Subject: 进程的概念

Date: 2024/5/31

Title: 进程的创建和使用

Subject: 进程的概念

Date:2024/5/31

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