第三章 Unix/Linux进程管理

多任务处理

• 一般来说，多任务处理指的是同时进行几项独立活动的能力。
• 多任务处理是所有操作系统的基础。总体上说，它也是并行编程的基础。

进程的概念

• 进程的正式定义：进程是对映像的执行。
• 操作系统内核将一系列执行视为使用系统资源的单一实体。在操作系统内核中，每个进程用一个独特的数据结构表示，叫作进程控制块(PCB)或任务控制块(TCB)等。本书中称为PROC结构体。
  
  • next是指向下一个PROC结构体的指针
  • ksp字段是保存的堆栈指针
  • pid是一个进程的进程编号
  • status是当前状态
  • priority是进程调度优先级
  • kstack是进程执行时的堆栈

多任务处理系统

• type.h文件

  • 文件定义了系统常熟和表示进程的简单PROC结构体

    #define FREE 0
    #define READY 1
    #define SLEEP 2
    #define ZOMBIE 3
    typedef struct proc
    { 
       struct proc *next;
       int *ksp;
       int pid;
       int ppid;
       int status;
       int priority;
       int kstack[SSIZE];
    }
    

• ts.s文件

  • ts.s在32位GCC汇编代码中可实现进程上下文切换.
    

  • queue.c文件

    • queue.c文件可实现队列和链表操作函数。
    • enqueue() 函数按优先级将 PROC输入队列中在优先级队列中，具有相同优先级的进程按先进先出(FIFO)的顺序排序。
    • dequeue()函数可返回从队列或链表中删除的第一个元素。
    • printList()函数可打印链表元素。
      

• t.c文件

  • t.c文件定义MT系统数据结构、系统初始化代码和进程管理函数。

Unix/Linux中的进程

• 进程来源
  • 当操作系统启动时，操作系统内核的启动代码会强行创建一个PID=0初始进程。
• INIT和守护进程
  • 当进程P1开始运行时，它将其执行映像更改为INIT程序。因此，P1通常被称为INIT进程 因为它的执行映像是init程序。P1 开始复刻出许多子进程。P1的大部分子进程都是用来提供系统服务的。它们在后台运行，不与任何用户交互。
• 登录进程
  • 除了守护进程之外，P1还复刻了许多LOGIN进程，每个终端上一个，用于用户登录。每个LOGIN进程打开三个与自己的终端相关联的文件流。
• sh进程
  • 当用户成功登录时，LOGIN进程会获取用户的gid和uid，从而称为用户的进程。他将目录更改为用户的主目录并执行列出的程序，通常是命令解释程序sh。
• 进程的执行模式
  • 在Unix/Linux中进程以两种不同的模式执行，即内核模式和用户模式，简称Kmode和Umode。在每种执行模式下，一个进程有一个执行映像。

进程管理的系统调用

• fork（）

  • Usage: int pid = fork();
  • fork()创建子进程并返回子进程的pid,如果fork()失败则返回-1。

• 进程执行顺序

  • 在folk()完成后，子进程与父进程和系统中所有其他进程竞争CPU运行时间。

• 进程终止

  • 正常终止
    退出值0通常表示正常终止。
  • 异常终止
    内核的异常处理程序将陷阱错误类型转换为一个幻数，称为信号，将信号传递给进程，使进程终止。

• 等待进程终止

  • 在任何时候，一个进程都可以使用int pid = wait(int *status)系统调用，等待僵尸子进程。

• Linux中的subreaper进程

• exec():更改进程执行映像

  • 进程可以使用exec()将Umode映像更改为不同的（可执行）文件。exec（）库函数有几个成员。

    int execl(const char *path, const char *arg, ...);
    int execlp(const char *file, const char *arg,...);
    int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
    int execv(const char *path, char *const argv[]);
    

• 环境变量

  • 环境变量是为当前sh定义的变量，由子sh或进程继承。

  • 一些重要的环境变量

      SHELL=/bin/bash
      TERM=xterm
      USER=kcw
      PATH=/usr/1oca1/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/games:/usr/games:./
      HOME= / home /kcw
    

I/O重定向

• sh进程有三个用于终端I/O的文件流：stdin（标准输入）、stdout（标准输出）、stderr（便准错误）。

• 文件流I/O和系统调用

  • scanf("%s",&item);

• 重定向标准输入

• 重定向标准输出

管道

• 管道是用于进程交换数据的单向进程间通信通道。

• Unix/Linux中的管道编程

  • 在Unix/Linux中，一系列相关系统调用为管道提供支持。
    int pd[2];
int r = pipe(pd);

• 管道命令处理

  • cmd1 | cmd2包含一个管道命令符号“|”。

• 命名管道

  • 在sh中，通过mknod命名创建一个命名管道：
    mknod mypipe p
  • 或在c语言中发出mknod（）系统调用：
    int r = mknod("mypipe",S_IFIFO,0);

苏格拉底挑战

关于进程的苏格拉底挑战

关于进程管理的系统调用的苏格拉底挑战

遇到的问题

问题：进程管理的系统调用中，如何处理子进程的退出状态？
解决：询问GPT
GPT的回答