第7章 Linux中的进程管理

第7章 Linux操作系统简介
多年以来，BSD版本的UNIX一直在学术环境中占据主导 地位，但最终AT&T的UNIX System V版本则成为商业领域的 主宰。System V UNIX吸收了BSD大多数重要的优点，并且增 加了一些自己的优势。然而，BSD的进一步改进由外界开发者 延续下来，到今天还在继续进行。正在进行的UNIX系列开发 中有几个独立的版本是直接起源于BSD 4.4。
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(2) 它的开发是基于一组优秀的概念。UNIX是一个简单却 非常优秀的模型。在Linux创建之前，UNIX已经有20年的发展 历史。Linux从UNIX的各个流派中不断吸取成功经验，模仿 UNIX的优点，抛弃UNIX的缺点，使Linux 成为了UNIX系列 中的佼佼者。
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(5) 速度(Speed)。速度几乎是最重要的衡量标准，虽然其 等级比健壮性、安全性和(有些时候的)兼容性的等级要低，然 而它却是代码最直观的几个方面之一。Linux内核代码经过了 彻底的优化，而最经常使用的部分(例如调度程序)则是优化工 作的重点。
第7章 Linux操作系统简介
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(3) 它的开发过程是公开的。Linux最强大的生命力还在于 其公开的开发过程。每个人都可以自由获取内核源程序，每个 人都可以对源程序加以修改，而后他人也可以自由获取你修改 后的源程序。如果你发现了缺陷(bug)，则可以对它进行修正。 如果你有什么最优化或者新的创意，则也可以直接在系统中增 加功能。当发现一个安全漏洞后，你可以通过编程来弥补这个 漏洞。由于你拥有直接访问源代码的能力，因此可以直接通过 阅读代码来寻找缺陷，或是效率不高的代码，或是安全漏洞， 以防患于未然。

《Linux 操作系统设计实践》实验一：进程管理实验目的：（1) 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

(2）进一步认识并发执行的实质.（3) 学习通过进程执行新的目标程序的方法。

(4) 了解Linux 系统中进程信号处理的基本原理.实验环境:Red Hat Linux实验内容：(1)进程的创建编写一段程序，使用系统调用fork（）创建两个子进程，当此进程运行时,在系统中有一个父进程和两个子进程活动，让每一个进程在屏幕上显示一个字符，父进程显示字符“a"；子进程分别显示字符“b”和字符“c”，试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因.程序代码:#include<stdio。

h〉int main（）｛int p1 ，p2 ；while（（p1=fork（））==-1)；if（p1==0）putchar（’b'）；else｛while（(p2=fork（））==—1)；if（p2==0）putchar（’c')；elseputchar(’a')；｝return 0；｝运行结果：bca分析:第一个while里调用fork（）函数一次,返回两次。

子进程P1得到的返回值是0,父进程得到的返回值是新子进程的进程ID（正整数)；接下来父进程和子进程P1两个分支运行,判断P1==0,子进程P1符合条件,输出“b”;接下来else里面的while里再调用fork（）函数一次,子进程P2得到的返回值是0，父进程得到的返回值是新子进程的进程ID(正整数）；接下来判断P2==0，子进程P2符合条件,输出“c”,接下来父进程输出“a”，程序结束。

（2)进程的控制①修改已编写的程序，将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话，在观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析原因。

程序代码：＃include〈stdio。

h>int main（）｛int p1,p2；while（（p1=fork（））==-1）；if（p1==0）printf("Child1 is running！\n”）;else{while（（p2=fork(））==—1）；if(p2==0)printf（”Child2 is running！\n”）;elseprintf(”Fath er is running！\n”）;｝return 0；｝运行结果:Child1 is running！Child2 is running!Father is running！分析：本实验和上一个实验一样,只是将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话.第一个while里调用fork（）函数一次，返回两次。

02
最短作业优先（SJF）：优先调度预计运行时 间最短的进程。
03
最短剩余时间优先（SRTF）：优先调度剩余 时间最短的进程。
04
优先级调度：根据进程的优先级进行调度。
死锁的产生与预防
死锁的产生
死锁是指两个或多个进程在无限期地等待对方释放资源的现象。产生死锁的原因包括资源分配不当、 请求和保持、环路等待等。
操作系统-进程管理
• 进程管理概述 • 进程的同步与通信 • 进程调度与死锁 • 进程的并发控制 • 进程管理的发ห้องสมุดไป่ตู้趋势与挑战
01
进程管理概述
进程的定义与特点
01
进程是程序的一次执行，具有动态性、并发性、独立性和制 约性。
02
进程拥有独立的内存空间，执行过程中不受其他进程干扰。
03
进程是系统资源分配和调度的基本单位，能够充分利用系统 资源进行高效计算。
进程同步的机制
进程同步的机制主要包括信号量机制、消息传递机制和共享内存机制等。这些 机制通过不同的方式协调进程的执行顺序，以实现进程间的有效协作。
信号量机制
信号量的概念
信号量是一个整数值，用于表示系统资源或临界资源的数量 。信号量可以用来控制对共享资源的访问，以避免多个进程 同时访问导致的数据不一致问题。
消息传递的机制
消息传递的机制包括发送和接收操作。发送操作将消息发送给目标进程，接收操 作从消息队列中获取消息并进行处理。通过这种方式，多个进程可以通过发送和 接收消息来协调执行顺序和交换数据。
共享内存机制
共享内存的概念
共享内存是一种实现进程间通信的有效方式，通过共享一段内存空间来实现不同进程之间的数据交换和共享。
预防死锁的方法

Linux系统编程之进程控制（进程创建、终⽌、等待及替换）进程创建在上⼀节讲解进程概念时，我们提到fork函数是从已经存在的进程中创建⼀个新进程。

那么，系统是如何创建⼀个新进程的呢？这就需要我们更深⼊的剖析fork 函数。

1.1 fork函数的返回值调⽤fork创建进程时，原进程为⽗进程，新进程为⼦进程。

运⾏man fork后，我们可以看到如下信息：#include <unistd.h>pid_t fork(void);fork函数有两个返回值，⼦进程中返回0，⽗进程返回⼦进程pid，如果创建失败则返回-1。

实际上，当我们调⽤fork后，系统内核将会做：分配新的内存块和内核数据结构（如task_struct）给⼦进程将⽗进程的部分数据结构内容拷贝⾄⼦进程添加⼦进程到系统进程列表中fork返回，开始调度1.2 写时拷贝在创建进程的过程中，默认情况下，⽗⼦进程共享代码，但是数据是各⾃私有⼀份的。

如果⽗⼦只需要对数据进⾏读取，那么⼤多数的数据是不需要私有的。

这⾥有三点需要注意：第⼀，为什么⼦进程也会从fork之后开始执⾏？因为⽗⼦进程是共享代码的，在给⼦进程创建PCB时，⼦进程PCB中的⼤多数数据是⽗进程的拷贝，这⾥⾯就包括了程序计数器（PC）。

由于PC中的数据是即将执⾏的下⼀条指令的地址，所以当fork返回之后，⼦进程会和⽗进程⼀样，都执⾏fork之后的代码。

第⼆，创建进程时，⼦进程需要拷贝⽗进程所有的数据吗？⽗进程的数据有很多，但并不是所有的数据都要⽴马使⽤，因此并不是所有的数据都进⾏拷贝。

⼀般情况下，只有当⽗进程或者⼦进程对某些数据进⾏写操作时，操作系统才会从内存中申请内存块，将新的数据拷写⼊申请的内存块中，并且更改页表对应的页表项，这就是写时拷贝。

原理如下图所⽰：第三，为什么数据要各⾃私有？这是因为进程具有独⽴性，每个进程的运⾏不能⼲扰彼此。

1.3 fork函数的⽤法及其调⽤失败的原因fork函数的⽤法：⼀个⽗进程希望复制⾃⼰，通过条件判断，使⽗⼦进程分流同时执⾏不同的代码段。