进程的属性

一、进程状态

CPU执行进程代码不是把进程代码执行完毕，才开始执行下一个，而是给每一个进程预分配一个时间片，基于时间片，进行调度轮转。

并行和并发

并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。

并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

时间片

Linux/windows民用级别的操作系统是分时操作系统，调度任务追求公平。

运行（进程放在运行队列中）

只要进程在运行队列中，该进程就叫做运行状态，可以被CPU随时调度。

阻塞（进程放在设备的等待队列中）

例如进程程序里面有scanf函数，其底层封装访问键盘的接口，对外部设备进行读取信息的操作，当键盘中没有信息输入的时候，进程被放置到外设结构体的等待队列中，这个过程便就是阻塞的过程。

挂起

挂起的背景：内存资源严重不足的时候。

例如在内存中，多个进程处于阻塞状态时，会被换出到磁盘中，当访问到外部设备信息的时候，再被换入到磁盘中（磁盘中有个swap分区专门进行换出换入操作）从而用时间换空间，因为换入换出的本质是IO。

二、Linux进程的状态

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。

S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。

该进程可以被杀掉：

D磁盘休眠状态（Disk sleep）：有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。（防止数据丢失）

T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。

X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。

Z(zombie)-僵尸进程

僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死（尸）进程。(通俗点说就是，子进程退出了，子进程的代码和数据都被释放，但是父进程仍然管理着子进程的PCB，这使得内存资源被无效占用，从而引发了系统层的内存泄漏)

僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态。

所以需要父进程读取子进程的信息后，子进程退出才行。

补充说明：

进程退出时，代码不会被执行了，首先可以立即释放的就是进程对应的程序信息数据。进程退出，要有退出信息（进程的退出码）保存在自己的task_struct内部，管理结构task_struct必须被操作系统维护起来，方便用户未来进行获取进程退出的信息。

进程创建时，先创建内核数据结构再添加代码和数据。进程退出时先释放代码和数据，然后就是内核数据结构。将代码数据释放，内核数据结构维护的状态就是僵尸状态。

创建维持30秒的僵死进程例子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0){
        perror("fork");
    return 1;
    }
    else if(id > 0){ //parent
        printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
        sleep(30);
    }else{
        printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

僵尸进程危害

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态

维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护

一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，就会造成内存资源的浪费。因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！

孤儿进程

父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程。

孤儿进程被系统接管，从而变成后台进程。之所以要被系统接管是因为要回收它的PCB。

三、进程优先级

基本概念

1、cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
2、优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。
3、还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。

系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高
效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级

查看系统进程

UID : 代表执行者的身份（表面进程是谁启动的，linux下一切皆文件，文件会记录下拥有者，所属组和对应的权限，所有操作都是进程的操作，进程会记录是谁启动的我）
PID : 代表这个进程的代号
PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
NI ：代表这个进程的nice值

优先级

PRI and NI

PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高。

那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值。

PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice；这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值。nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

pri(最终)=pri(default80)+nice

nice范围：[-20,19]40个数字

需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据

用top命令更改已存在进程的nice：进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

四、进程切换

前提：

时间片到了，进程就要切换，Linux是基于时间片调度轮转的，一个进程在时间片到了的时候，不一定跑完了，可以在任何地方重新调度切换。

感性理解

切换就是保存上下文数据和恢复上下文数据的过程。

切换过程的理解

进程在运行时，会有很多的临时数据，都在cpu的寄存器中保存。其中eip(pc)中保存的是当前正在执行指令的下一条指令的地址。ir是指令寄存器，保存的就是正在执行的指令。CPU内部的寄存器的数据，是进程执行时的瞬时状态信息数据（上下文数据）。CPU里面有很多寄存器，但是寄存器不等于寄存器里面的数据。

进程切走时：将相关寄存器的内容保护起来；切回时：将历史保存的寄存器数据，恢复到寄存器中。中间所需的保护代码的容器并不在CPU内部（可以这么理解：进程的上下文寄存器数据，被保存到了当前进程的PCB中）。所以每次切换时，每次保存完上下文数据的时候CPU都是全新的。

Linux第一代内核：

五、Linux的调度算法

一开始，active指针指向array[0],expired指针指向array[1]。

优先级

普通优先级：100～139（我们都是普通的优先级，想想nice值的取值范围，可与之对应）

实时优先级：0～99

活动队列

1、时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列。
2、nr_active: 总共有多少个运行状态的进程
3、queue[140]: 一个元素就是一个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度,所以，数组下标就是优先级

从该结构中，选择一个最合适的进程的过程：

1. 从0下标开始遍历queue[140]
2. 找到第一个非空队列，该队列必定为优先级最高的队列
3. 拿到选中队列的第一个进程，开始运行，调度完成！
4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！

5、 bitmap[5]:一共140个优先级，一共140个进程队列，为了提高查找非空队列的效率，就可以用5*32个比特位表示队列是否为空，这样，便可以大大提高查找效率！

过期队列

1、过期队列和活动队列结构一模一样
2、过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程
3、当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算

active指针和expired指针

1、active指针永远指向活动队列
2、expired指针永远指向过期队列
3、可是活动队列上的进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期时一直都存在的。
4、没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有具有了一批新的活动进程！