【操作系统和计网从入门到深入】（二）进程
前言
这个专栏其实是博主在复习操作系统和计算机网络时候的笔记，所以如果是博主比较熟悉的知识点，博主可能就直接跳过了，但是所有重要的知识点，在这个专栏里面都会提到！而且我也一定会保证这个专栏知识点的完整性，大家可以放心订阅～
进程相关概念
文章目录
1. 基本理念
重要理论：先组织再描述：struct结构体
在操作系统内部，一定存在大量的数据结构和算法
2. 进程的描述
2.1 为什么需要pcb
为了描述每一个进程，Linux内核会给每一个进程创建一个结构体：PCB
PCB结构体包含了该进程的属性！
struct PCB
{
// 属性数据，进程全部的属性数据，如pid
// ...
struct PCB* next;
struct PCB* prev;
};
对进程的管理，变成了对进程PCB结构体链表的增删查改！
什么是进程：进程=对应的代码数据+进程对应的PCB结构体
2.2 什么是pcb
在linux中，叫task_struct
里面会有这些内容。
是一个双链表！
3. 查看进程
表头也可以带上
ps axj | head -1 && ps axj | grep myproc
top命令也可以查看进程
Linux系统下存在一个目录记录进程的信息。
/proc # 这个目录下都是进程的信息
在这个目录下，都是进程的属性。
我们可以看下里面的信息。
事实上，/proc目录是动态的，多一个进程就会多一个目录，少一个进程就会少一个目录。
4. 在程序中pid
在程序中如何获得pid呢？
getpid() // 这是我们人生中第一个系统调用接口
5. 父进程是什么
ps axj 一下，发现父进程是bash
bash是shell命令行外壳程序
很熟悉了这些。
6. 创建子进程
fork
fork()
返回值：
- fork失败，返回-1
- fork成功：给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0
为什么会有两个返回值呢？不是只能返回一个吗？后面再说。
我们简单写一个代码。
第二个为什么被执行了两次？
因为不加判断，父进程和子进程都会执行。
复习到后面就会知道，创建子进程的时候，这份代码是被复制了的！
所以第二句打印语句，父子进程共享。
我们加上一个判断，就能把子进程和父进程分开来！
创建进程的时候，OS要干嘛？
本质，创建一个新的task_struct，然后这里里面的字段，有一些是复制父进程的，有一些事自己的。
cpu的运行队列 run_queue
进程调度本质上就是调度程序，在run_queue里面挑选一个task_struct来执行！
但是这个运行队列也不是按一般顺序的，这个是调度程序决定的！
7. 进程状态
具体可以看博客。
进程状态｜操作系统｜什么是pcb｜什么是僵尸进程 ｜什么是孤儿进程 【超详细的图文解释】【Linux OS】_pcb结构体-CSDN博客
后台运行一个进程
./test &
8. 状态优先级
状态优先级 = 老的优先级 + nice值
PRI就是优先级，越小越先执行
NI就是nice值
9. 环境变量
比较熟了，不再赘述。
要改可以用export
但是要记得把之前的带上
注意，环境变量的组织方式是一个字符指针数组！
可以用程序打印所有环境变量。
第一种获取方式：
第二种获取方式：
略。不常用，其实第一种也不常用，第三种才常用。
main函数的第三个参数，也就是环境变量参数，是从哪里来的？
一般都是父进程中继承下来的
10. 地址空间
10.1 什么是地址空间
我们在所有的语言里面提到的地址的概念，本质上都是一个虚拟地址，而不是物理地址。
页表映射，现在只知道大概，不知道细节，所以这一节简单复习一下。
这个结构是可以用代码进行验证的。
// 验证地址空间的栈结构
int g_unval; // 未初始化的全局变量
int g_val = 100; // 已经初始化的全局变量
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
printf("code addr: %p\n", main); // 代码块位置
printf("init global addr: %p\n", &g_val); // 初始化全局变量
printf("uninit global addr: %p\n", &g_unval); // 未初始化全局变量
char *heap_memory = (char *)malloc(10);
printf("heap addr: %p\n", heap_memory); // 堆上的空间
printf("stack addr: %p\n", &heap_memory); // 栈上的空间
for (int i = 0; i < argc; i++)
{
printf("argv[%d]: %p\n", i, argv[i]);
}
for (int i = 0; env[i]; i++)
{
printf("env[%d]: %p\n", i, env[i]);
}
return 0;
}
10.2 地址空间是如何设计的
其实就是给各个进程画饼。
先描述后组织！
如果我们可以直接访问物理内存的话，其实是特别不安全的。
所以我们构建了映射机制。
如何理解地址的划分？ — 其实就是一个简单的struct结构体就行了。
struct myroom
{
int __start;
int __end;
};
其实地址空间的各个区域，也是通过这个方式进行划分的。
struct addr_room {
int code_start; int code_end;
int init_start; int init_end;
int uninit_start; int uninit_end;
int heap_start; int heap_end;
//...其他属性
}
现在我们又可以知道，task_struct里面的又一个字段了！ — mm_struct* mm。
地址空间和页表（用户级）是每一个进程都私有一份的，只要保证，每一个进程的页表，映射的是物理内存的不同区域，我们就能做到，进程之间不会互相干扰进程的独立性。
回答一个遗留问题：return两个不同的值是怎么回事？
Return会被执行两次
Return的本质不就是对值进行写入吗? – 此时发生了写时拷贝!
所以两个进程各自其实在物理内存中，有属于自己的变量空间！只不过是在用户层面用同一个变量(虚拟地址!)来标识了!
10.3 扩展内容（比较难理解）
10.4 为什么要有地址空间的三个理由
10.4.1 理由一
可以有效保护物理内存，禁止非法映射
10.4.2 理由二
因为有地址空间的存在，因为有页表的映射，我们的物理内存中，是不是可以对未来的数据进行任意位置的加载？
当然可以！
首先，物理内存的分配，可以和进程管理完全解耦！
所以我们new，malloc的时候都是申请虚拟地址空间。
紧接着一个问题：如果我们申请了物理空间，但是又不马上使用，是不是造成了空间的浪费呢？当然是的！
所以事实上，OS是非常聪明的，你虽然malloc了100个字节，但是我可以一个都不给你！
而你去访问或者使用这100个字节的事哦呼，下面的物理地址空间的相关管理算法才把这个100字节分给你，再让你访问！但是你上层是0感知的！
这个叫做延迟分配的策略！
那么，OS是如何知道，一些内存空间虽然在虚拟上给了，但是物理上还 没给呢？这里有个技术叫做 —— 缺页中断!(后面我们再完善这个概念)
10.4.3 理由三
因为物理内存中理论上可以任意位置加载，那么是不是物理内存中的几乎所有的数据和代码在内存是乱序的？
但是，因为页表的存在，它可以进行映射！
那么是不是在进程视角所有的内存分布， 都可以是有序的?
是的! 地址空间+页表的存在可以将内存的分布有序化!
比如说：
我一个进程看到的，是一个连续的0-ffff的地址，但是事实上，在物理上，这个可能是分散的，分块的哦！
但是我进程需要知道这些吗？根本不需要care，我只知道，我用的是0-ffff的连续的地址就行了，底层是怎么样的，我根本不需要知道！
10.5 重新理解挂起
