进程和线程
一、进程
- 我们的操作系统中运行着各种各样的程序，为了管理这些程序的运行，操作系统提出了进程。
- 为了使程序看起来是同一时间运行的，操作系统进一步提出了上下文切换的概念。
1.1、进程的状态
- 进程存在五个状态。
- 分别为：新生状态，预备状态，运行状态，阻塞状态，终止状态。
- 新生状态是指：一个进程刚被创建出来，还没有完成初始化，这里初始化的意思应该是给进程创建相应的数据结构等一系列操作。新生状态经过初始化之后，就进入了预备状态。
- 预备状态：表示该程序可以被调度执行，但是还没有被调度器选择。一旦被调度器选择之后，就进入了运行状态。
- 运行状态：该状态表示进程正在cpu上运行，当一个进程执行一段时间之后，调度器可以选择中断它的执行，并将其重新放回调度队列中，它就会重新变成预备状态。如果运行结束，它会迁移至终止状态。如果这个进程需要某些外部事件，它可以放弃cpu，并迁移至阻塞状态。
- 阻塞状态：该状态表示，进程需要某些外部事件的触发，比如按下空格键，外部事件触发之后，会迁移至预备状态。
- 终止状态：进程运行结束。
进程的内存空间布局
- 红色的是内核区域
- 蓝色的是非内核区域。
- 用户栈：存储进程需要使用的各种临时变量
- 代码库：进程执行时需要依赖的代码库，比如libc
- 用户堆：进程动态分配的内存，一般由程序员创建，最后也由程序员释放，如果程序员不释放，程序结束的时候可能由OS回收。（堆区域管理一般采用链表进行管理，程序员申请内存的时候，操作系统会遍历这个空闲内存地址的链表，找到一个合适地址，就把这个节点删除，并将其指向的内存地址分配给程序）
//main.cpp
int a = 0; // 全局初始化区
char *p1; // 全局未初始化区
main {
int b; // 栈
char s[] = "abc"; // 栈
char *p2; // 栈
char *p3 = "123456"; // 123456\0在常量区，p3在栈上
static int c =0； // 全局静态初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); // 分配得来的10 和20 字节的区域就在堆区
strcpy(p1, "123456"); // 123456\0在常量区，这个函数的作用是将"123456" 这串字符串复制一份放在p1申请的10个字节的堆区域中。
// p3指向的"123456"与这里的"123456"可能会被编译器优化成一个地址。
}
- 数据段：保存全局变量的值
- 代码段：进程执行需要的代码
- 内核部分：当进程由于中断和系统调用进入内核之后，会使用内核的栈。
进程的控制块和上下文切换
- 在内核中，每个进程都有一个进程控制块来保存其相应的状态，，比如进程标识符（PID），进程状态，虚拟内存状态，打开的文件等，这个数据结构为进程控制块。
- 进程上下文包括进程运行时寄存器的状态，用于保存和恢复进程在处理器上运行的状态。
- 上下文切换过程：
父子进程的拷贝
fork
- Linux系统中，进程一般是通过调用fork() 接口，从已经有的进程中分裂出去的。
- fork（）接口没有参数，只是返回当前值的PID。
- fork（）完成时，两个进程的内存，寄存器，程序计数器等状态完全一样，但是他们是两个独立的进程，拥有不同的PID和虚拟内存空间，并且他们互不干扰。
- 父子进程的执行顺序是不确定的，完全取决于调度器的决策。
- 每个进程在运行过程中都会维护一张已经打开的文件描述符（操作系统对引用某一文件的抽像） 。
- 文件描述符使用偏移量记录当前进程读取到某一文件的某个位置。
- fork（）的过程中，由于文件描述符时PCB的一部分，所以会指向相同的文件抽象，与父进程用同一个偏移量。并且Linux在实现read操作时，会对文件加锁，所以父子进程读不到一样的字符串。
- 操作系统中有0号进程。（由操作系统创建的）。
写时拷贝
- fork（）之后出现的时两个一毛一样的进程，但是往往我们需要其执行不同的任务，所以就有了exec（）这个接口。
- fork（）之后，exec（）之前，两个进程的内存空间是同一个，但是虚拟空间（在磁盘上是两块区域），当父子进程中有发生改变的时候，在为子进程分配物理内存空间。
- 如果没有exec（），内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间，代码和代码库都是用父进程的。
- 如果调用的exec（），内核会给子进程的代码段分配独立的内存空间（功能不一样了，代码肯定不一样了）。
- fork（）之后
- 父子进程中有一个要改变
- 由于exec（）导致的父子进程的不同，就是执行不同的功能，所以代码段就不能共享了
- 就会如下图所示
进程之间的监控（wait（））
- wait（）不仅起监控作用，还起到回收进程的作用
- 僵尸进程：如果父进程没有进行wait（）操作，，就算子进程已经终止了，它占用的资源也不会释放，，这种进程为僵尸进程。（本来该死，结果自己又跳出来了，确实像僵尸）
- 如果一个进程创建了大量的子进程确从不调用wait（），僵尸进程就会占用可以使用的PID，导致资源不足。
- 如果父进程退出了，所有僵尸进程将会由0号进程通过wait的方式进行回收。
- 孤儿进程：父进程结束了，但是子进程没有结束。