冯诺依曼体系、操作系统、进程（PCB，getpid(),fork）

本文主要是介绍冯诺依曼体系、操作系统、进程（PCB，getpid(),fork），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

首先，简画下各进程间关系：

一：冯诺依曼体系

硬件结构决定软件行为----数据信号流向，控制信号的流向。
当然对冯诺依曼体系的理解不能停留在概念上，需要深入对软件数据流的理解，接下里将会解释从我登上qq开始和朋友聊天，数据的流动过程（从你打开窗口，开始给他发消息，到他接受消息之后的数据流动过程），那如果是发送文件呢？
当是发送消息：从我打开窗口，通过键盘输入内容，输入设备会把数据加载到内存，此时，点击发送，然后，CPU需要将内存的数据加载到寄存器中进行处理，cpu将处理好的数据重新写入到内存，由内存和输出设备直接联系；在数据传输过程中，我的输出设备是网卡，然后经过一个复杂的过程将数据输入到朋友的网卡；此时，网卡把数据加载到内存，内存将消息传递给cpu进行处理再传递给内存，内存将消息输出到朋友的显示器上；
如果是发送文件：发送者的输出设备是硬盘，朋友的输入设备的硬盘，其他同理。
二：操作系统
任何一个计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统（OS）；操作系统包括内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）、其他程序（如函数库、shell程序等）。
设计OS目的：
与硬件交互，管理所有的软硬件资源；
为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境：提供系统调用接口来供上层调用，防止小白用户把系统搞崩溃。
操作系统是一个管理的软件：

管理者（操作系统）将被管理者描述（struct结构体）组织（链表或其他高效数据结构）起来。
三：进程
1.进程概念：进程是正在执行的程序，通过任务管理器可以查看当前正在执行的程序；那操作系统是怎么管理进程的呢？操作系统看待的是进程的描述信息，将描述信息组织起来：每一个进程的描述都是一个结构体,该结构体称为PCB，linux下这个结构体名字称为 task_struct。
2.task_struct内容分类
a.标识符(getpid())：描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程；
b.状态：任务状态，退出代码，退出信号等；
我们知道计算机会有多个程序执行，那cpu是怎么处理的呢？
c.优先级：相对于其他进程的优先级，cpu会优先处理优先级高的进程；
d.程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址，地址用于接着执行该指令；
e:内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针；
f:上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据；
j:I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表。
我们知道计算机会有多个程序执行，那cpu是怎么处理的呢？
cpu分时技术：cpu会在一个时间处理一个程序A，即每个程序都有一个时间片，时间片结束后，cpu很快切换为处理另一个程序B…,但是cpu会优先处理优先级高的程序，cpu会利用程序计数器再接着处理A，依次类推。由于切换时间十分短，就会有多个程序同时执行的误差。
3.查看进程
/proc:

当然也可以查看标识符（pid）为1的文件夹进程信息。
大多数进程信息可以用ps aux 和ps -ef来进行查看，注意ps aux和ps -ef都是整体组合命令，


**getpid( ）**获取目前进程的进程标识符

getpid()头文件：#include<unistd.h>
函数描述：pid_t  getpid(void)

进程结束

  #include<stdio.h>#include<unistd.h>int main(){pid_t pid =getpid();printf("current process id:%d\n",pid);return 0;}

进程陷入循环没有结束

 #include<stdio.h>#include<unistd.h>int main(){pid_t pid =getpid();printf("current process id:%d\n",pid);while(1)sleep(1);return 0;}

fork

fork简单理解是创建子程序，操作系统以父进程为模板创建子进程，复制的是父进程的PCB（进程的描述），父子进程代码段相同，但是各自数据独有（数据各自开辟空间，私有一份，采用临时拷贝，如当修改子进程的val,父进程的val不会变）；
fork有两个返回值：

对于父进程来说，返回的是子进程的id;
对于子进程来说，返回0；
如果出错返回-1；
fork的返回值起到分流的作用，我们用户可以根据返回值来判断哪个是父进程，哪个是子进程，因为父子进程会进入不同的判断，进行分流。

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 //int val=100;4 int main()5 {6        int val=100;7         pid_t pid=fork();//此时创建子进程，从这块向下走，fork有两个不同返回值8         // int val=100; 无论var定义在哪儿，子进程都有var,只是定义为全局或者fork上边子进程的var是复制父进程的var,而在fork下边是子进程自己定义var9         if(pid<0) //返回值小于0出现错误10         {11                 printf("creat child is failed\n");12         }13         else if(pid==0)14         {      //fork()返回值是0是子进程15                 printf("this is  child:%d\n",getpid());16                 val=200;//子进程数据的改变不会影响父进程 17         }18         else //fork的返回值是大于0，代表父进程，因为对于父进程来说fork返回值是子进程的进程id19         {20                 printf("this is parent :%d\n",getpid());21                 sleep(1);22         }23         while(1)24         {25                 printf("this is public pid：%d ,val:%d\n",getpid(),val);26                 sleep(1);27         }

4.进程状态
一个进程可以有很多状态：
1.R运行状态(running)：程序可以是在运行中，也可以是在运行队列里即准备运行；
2.S睡眠状态(sleeping):进程在等待事件完成，也称中断睡眠；
3.D磁盘休眠状态（Disk sleep）：进程等待I/O的结束，也称不可中断睡眠状态；
4.T停止状态（stopped）：一般可以用ctrl+z使程序处于这个状态，也可以发送SIGSTOP信号给进程来停止进程，这个被暂停的进程可以通过发生SIGCONT信号让进程继续运行；

5.X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，不会在任务列表看到这个状态。
6.Z僵尸状态（zombie）：
僵尸状态形成原因：子进程先于父进程退出，而父进程没有读取到子进程的退出状态，就会形成僵尸状态。
子进程退出为了保存自己的退出状态，因此这个进程退出后资源不会被完全释放等待父进程来获取退出状态，然后释放子进程所有资源；
假如父进程没有获取到子进程的退出，那么这时候退出子进程将会成为一个僵尸进程，占着系统资源而不释放。
僵尸进程危害：资源泄漏，而我们每个用户能启动的进程都是有限的，如果有太多僵尸进程，会造成正常进程可能无法创建。
5.孤儿进程
僵尸状态是子进程先于父进程退出，而孤儿进程是父进程先于子进程退出。
这个时候会有其他进程来收养这个孤儿进程，被1号进程init领养，这个时候init称为这个孤儿进程的父进程，当子进程退出后会被init进程回收释放资源。
注：强制杀死进程可以用kill。

这篇关于冯诺依曼体系、操作系统、进程（PCB，getpid(),fork）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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