1.概念详解

1.运行&&阻塞&&挂起

内容基础：方框中的就是调度队列，是一个 双向队列，每一个元素是PCB+其对应的代码数据

1.运行

只要进程 在调度队列中，进程的状态就是运行（running）.

2.阻塞

阻塞：等待某种硬件资源就绪（例如网卡，键盘…)

• 操作系统中不只有调度队列（runqueue），还有 设备队列（devicequeue） 用来管理设备。
• 设备队列中还有等待队列（wait queue）

如果某一个进程在调度队列中，而调度其需要从键盘上读取数据，但键盘上没响应，所以cpu会把这个进程从调度队列中拿下来，并把其链接到对应硬件的等待队列中。这就是一个阻塞的过程

3.挂起

挂起的本质是--------将数据唤入或唤出到磁盘中的交换区（内存资源不足时）

内存资源不足时，如果进程处于阻塞状态，那么会将进程的数据交换到硬盘的swap分区，PCB依然保留，内存资源充足时，数据会从swap分区唤出和PCB重新组合为进程--------------------阻塞挂起

运行挂起同理。

2.PCB内核链表的理解

这是普通的双端队列，可以看到next指针是指向下一个元素的头，prev也是指向上一个元素的头。

• PCB中的next是直接指向下一个元素的next，prevent也是直接指向上一个元素的prev。

一个PCB可以隶属于多个数据结构，可以属于调度队列，可以属于等待队列，也可以属于设备队列。所以有多个next，prev。

2.进程状态

• r表示running，表示正在运行
• s表示浅睡眠，（例如输出一个字符只要1毫秒，但如果进程持续1（sleep（1））秒，那剩余的时间都处于浅睡眠时间，【可以被kill杀掉进程】
• d表示深度睡眠，这类状态基本与硬盘数据交换有关【不可被kill杀掉进程】
• Z表示僵尸状态，即子进程在运行完后不会直接消失，而是会先保留信息以留给父进程，这个状态就是僵尸状态【信息保留在PCB中】

1.僵尸进程

如果子进程结束，父进程还没结束，而且父进程还没有接收完子进程的信息，这个状态的子进程就是僵尸进程


那如果一直存在，那么子进程的PCB就一直不会消失，那么就会一直占用内存，可能会导致内存泄漏。

2.孤儿进程

如果子进程还没结束但父进程已经结束了，那么子进程就被称为孤儿进程。

• 测试代码如上，可以看到id为0的是子进程，处于无限循环中，父进程则于5次循环后结束，可见五次循环后子进程就会变为孤儿进程
• 但子进程不能没有父进程，所以这个子进程会被1号进程“领养”（一号进程会变为它的父进程）一号进程就是操作系统，如果不领养，子进程就会一直处于僵尸状态，导致内存泄漏

3.小知识

• 进程退出了，内存泄漏的问题就不在了（例如**malloc，**进程结束后，申请的内存会被系统回收）
• 常驻内存例如：window系统，一些软件（开机后一直运行都如此，会导致卡机）

BASH为一号进程。

4.进程优先级

1.是什么

本质是进程获得CPU资源的先后顺序（与权限不一样）

2.为什么

因为CPU资源是有限的，需要通过优先级来确认谁先谁后

3.怎么办

优先级也是一种数字

• 值越小，优先级越高；反之，越低

4.查看优先级

• 黄色方框中的“ps -al”用来显示进程优先级，绿色方框中的用于限制只显示 myprocess中的进程优先级
• 蓝色方框中

5.修改优先级

⽤top命令更改已存在进程的nice

注意：

PRI（显示）=PRI（默认）（80）+ NICE；

5.补充概念-竞争、独⽴、并⾏、并发

6.进程切换

1.死循环进程如何运行

2.cpu与寄存器

• 红色方框内的就是 寄存器，蓝色的就是 进程

• 寄存器中的内容可以随时改变，这为系统进程切换提供基础

3.如何切换

• 运行进程A时会把A中的数据保存到cpu中的寄存器中
• 若达到时间片（一个进程不能一直占有cpu），寄存器中的数据会被拷贝到对应进程的PCB中，进程A被拿走，进程B开始占用cpu
  
• 再次轮到进程A占用cpu时，只需要把拷贝的数据覆盖到寄存器，就可以从上一次运行的结尾处继续运行，不需要重新从头开始

7.进程调度---------大O(1)调度算法

1.queue【140】

• queue存储的就是PRI（进程调度），其中0-100都是实时优先级，基本不会调用，剩余的40就是之前【60-99】的范围，PRI（显示）=PRI（默认）（80）+ NICE；经常调用，其本质就是一个哈希表：
  

2.bitmap【5】

• 每一个比特位是1代表存在该优先级的进程，0代表不存在。

3.active与expired指针

看到最初的图，不禁疑惑，为什么会有红蓝两份一样的内容呢？

• 1.其中 active指向正在调动的活跃进程的头，expired则指向另一个过期进程的头，
• 2.先对活跃进程分析，活跃进程 运行时，会根据bitmap选出优先级最高的进程，并在queue队列中找到对应的进程去占用cpu，若时间片到了，则会把该进程放到 过期进程 的queue中
• 3.在活跃进程中的进程 （没调用完/被放到过期进程） 之前会一直在活跃进程中执行前两条
• 4.当活跃进程的内容全部结束后，active和expired交换（swap），重复之前的内容，直至所以进程全部运行完毕

8.环境变量

环境变量(environmentvariables)⼀般是指在操作系统中⽤来指定操作系统运⾏环境的⼀些参数

1.命令行参数

• main函数是有参数的，argc表示命令行的子串个数，argv【】用来存储字串
• 

• 会依次打印命令行的字串，这就是指令选项调用的前身，之前在VS上写代码时用不上选项，所以默认main函数是没参数的

2.环境变量初识

• 要执行一个程序，首先要找到他，例如上文的./code中的“./”就表示程序在当前路径下
• 但ls这种指令就不需要找路径，因为 环境变量 ----PATH 会帮助系统找到这些指令的路径（user/bin）

3.环境变量操作

1.env指令------查询

• PATH变量也在其中

2.echo $环境变量----------查询

• 用来查询单独一个环境变量

• 环境变量存储在bash中，bash中有两张表，一张是环境变量表（上图）存储所有环境变量–主串，另一张是命令行参数表，存储所有主串对应的选项–子串

3.export XXX=… ----------------- 插入环境变量

4.unset XXX ----------------- 删除环境变量

4.环境变量进阶

1.代码获取环境变量

#include<stdio.h>
    2 #include<stdlib.h>                                                                                                                           
    3 #include<string.h>                             
    4 //main函数最多有三个参数，前两个是之前说的指令行参数，最后一个是从父进程继承而来的环境变量
W>  5 int main(int argc,char *argv[],char *env[])    
    6 {
    
                                                  
    7   for(int i=0;env[i];i++)                      
    8   {
    
                                                
    9     printf("env[%d]->%s\n",i,env[i]);          
   10   }                                            
   11   return 0;                                    
   12 }   

• 运行程序后打印父进程给的环境变量
• 也可以使用getenv("环境名称“) 来获取！！！！！！

2.创建只有自己能运行的代码

• 只有bash————一号进程才知道当前登录的账号是谁，而USER环境变量会被继承给子进程

 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<string.h>
  4 //main函数最多有三个参数，前两个是之前说的指令行参数，最后一个是从父进程继承而来的环境变量
  5 int main(int argc,char *argv[],char *env[])
  6 {
    
    
  7   (void)argc;
  8   (void)argv;
  9   (void)env;
 10 
 11  const char *name=getenv("USER");//获取环境变量中的USER变量
 12  if(name==NULL)
 13    return 1;
 14 
 15    if(strcmp(name,"root")==0)                                                                                                                  
 16     {
    
    
 17       printf("执行者满足条件，可以执行\n");
 18     }
 19     else{
    
    
 20       printf("执行者不满足条件，不可执行\n");
 21     }
 22  return 0;
 23 }

5.环境变量的特征

• 环境变量通常是具有全局属性的
• 
  

9.程序地址空间

1.小示例

#include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>//getpid和getppid的头文件
  3 int gval=100;
  4 
  5 int main()
  6 {
    
    
  7   pid_t id=fork();
  8   if(id==0)
  9   {
    
    
 10     while(1)
 11     {
    
    
 12       printf("子进程：gval: %d, gval的地址：%p, pid: %d, ppid: %d\n",gval,&gval,getpid(),getppid());
 13       sleep(1);
 14       gval++;
 15     }
 16   }
 17            
 18   else                                                                                 
 19   {
    
                                                              
 20       while(1)                          
 21       {
    
                
 22          printf("父进程：gval: %d, gval的地址：%p, pid: %d, ppid: %d\n",gval,&gval,getpid(),getppid());
 23          sleep(1);                                                                                                                                                                                                                                                                                
 24      }                                  
 25   }                    
 26 }

• 可以看到父子进程中的gval有同一个地址，但值却不一样

2.概念引入

• 可以看出可以通过页表中的虚拟地址找到物理地址并进行修改数据，（父子进程gval地址相同（虚拟地址），但值却不同的原因）
• 
• 因为子进程的PCB与数据都是先拷贝父进程的，所以虚拟地址也一样
• 当子进程要修改gval的值时，虚拟地址不变，但会通过写实拷贝，新开一个物理地址，源代码打印的是虚拟地址而不是物理地址，所以不一样。
• 

总结：
——————————虚拟地址是一个结构体。

10.虚拟地址空间的意义

1.将无序变有序

• 当磁盘把文件和代码放到物理内存中的时候，基本是无序的，但页表中的虚拟地址可以让用户认为他们是有序的，用户看到的栈，堆，代码层。。。。。。都是虚拟地址，用户修改内容也是系统通过虚拟地址映射到物理地址再修改

2.地址转换时，判断操作，保护物理内存

• 页表中也会有权限，防止野指针。

例：

因为页表中字符常量区的权限只有r（read），如果进行w（write），系统就会阻止。进而崩溃