Linux内存

Linux　　--内存管理

内存分配和管理：　　标识某一段内存是否空闲

地址转换：外存虚拟映射到内存

内存扩充：

内存的共享与保护：　　一部分空间共享，一部分空间保护

内存映射：进程使用的内存可以映射到物理内存上，相同的进程使用内存块可以映射到不同的物理内存中

ARM Linux 虚拟空间存储分布

虚拟空间被分为内核空间(1G)和用户空间(3G)

 

用户可以通过API操作内核空间的地址

系统空间的一部分会映射到IO设备中，包括寄存器和外部存储器等。

虚拟存储器分页机制

将整片内存空间分为许多块，每块被称为页，当系统需要调度内存时采用页分配(4K)的方式分配内存。

物理内存管理(页管理)

为了尽量不分配不连续的内存地址，采用伙伴算法。

将整块物理内存分为1，2，4……512个页(4K)总共10种类型，每种类型用结构体保存下来，需要多少大小的内存就到指定类型的内存结构体中申请。

(一个学校的教室分为可以容纳1，2，4……512个班级的大小，而且这些同类型的班级的地址是相邻的，让班级根据需要去申请)

缺点：因为内存空间固定，所以不可避免会造成页框中一些内存的浪费

slab算法 分配的时候还是1页，将每一页(4K)又细分为100份分配给小对象使用。

 

 

Linux进程控制

进程-　　资源分配和系统调度的基本单元。

进程是一段执行的程序但不单单只有程序，它还保存有进程执行时的内部资源

进程在内核的存在形式是进程控制块(PCB)，一个结构体保存在双向链表中

 

进程分类

用户进程：　　终端进程，是用户通过终端启动的进程

守护进程：　　在系统引导时就启动的进程，是后台的服务进程，它在终端关闭时不会自动关闭，重启终端时仍然会运行

 

 

进程的创建

内核通过进程标识符PID来区分每一个进程，pid值保存在各自的进程描述符中。

 

进程创建步骤

1.初始化PCB

2.分配进程ID，优先级，CPU时间片

3.为进程分配内存空间

4.加载任务到内存空间，进程代码复制到内核空间

5.设置进程执行状态为就绪态

 

关于运行队列与等待队列

　　实际上是一个双向链表

　　正在运行的进程放在运行队列，在休眠的进程放在等待队列

 

Linux中进程的各种状态.

 

运行态：可以被进程调度器调度执行的进程称为运行态进程(Linux中统一称为运行态)

可中断：进程因等待事件发生而挂起而处于等待队列中时为可中断

不可中断态：不可被系统信号所中断的信号

僵尸态：进程在退出之后，进程控制块控制的所有内存资源被释放，只留下一个空的task struct结构体。父进程调用wait系列系统调度时就会将这个空的子进程结构体释放掉。如果父进程先退出了，它的子进程会被全部托管给其它进程。

停止态：进程暂停下来等待其它进程操作它

销毁状态：进程在退出过程中彻底释放，不会产生僵尸进程。

 

销毁态和僵尸态的区别是什么？

　　父进程调用wait函数后则会将僵尸态进程转变为销毁态

进程调度

PCB中有一个时间片数count，内核滴答定时每次定时中断都会减少该片数，当时间片用完时进程就会被挂起，CPU执行权给新进程。

进程在时间片结束前就结束CPU也会立即切换

 

多任务操作系统调度模式　　：抢占式多任务和非抢占式多任务

 

Linux中进程调度命令

 

'ps'　　：是Linux 中最基础的浏览系统中的进程的命令。能列出系统中运行的进程，包括进程号、命令、CPU使用量、内存使用量等

　　ps -aux - 显示进程信息，包括无终端的（x）和针对用户（u）的进程：如USER, PID, %CPU, %MEM等
　　

　　ps+aux之后的结果

 

top　　：‘top’是一个更加有用的命令，可以监视系统中不同的进程所使用的资源。它提供实时的系统状态信息。显示进程的数据包括PID、进程属主、优先级、%CPU、%memory等。可以使用这些显示指示出资源使用量

nice　　：用户可以设置和改变进程的优先级。提高一个进程的优先级，内核会分配更多CPU时间片给这个进程。进程优先级值的范围从-20到19。值越低，优先级越高。

　　　nice <优先值> <进程名> - 通过给定的优先值启动一个程序

　　　　：设置top的优先级是-3

　　　　

renice　　：renice命令类似nice命令。使用这个命令可以改变正在运行的进程优先值。注意，用户只能改变属于他们自己的进程的优先值

　　　　

　　　　renice -n -p - 改变指定进程的优先值

　　　　

 

 

kill　　　　：这个命令用于发送信号来结束进程。如果一个进程没有响应杀死命令，这也许就需要强制杀死，使用-9参数来执行。注意，使用强制杀死的时候一定要小心

 

　　

kill <pid>　　　　：杀死指定PID下的进程

kill -9 <pid>　　：强制杀死该PID下的进程

 

bg　　　　：有时，命令需要很长的时间才能执行完成。对于这种情况，我们使用‘bg’命令可以将任务放在后台执行，而用‘fg’可以调到前台来使用。

　　我们可以通过‘&’在后台启动一个程序：

　　　　find . -name *iso > /tmp/res.txt &

　　　　

 

 

虚拟内存

 

　　Linux的swap分区是硬盘专门为虚拟存储空间预留的空间

　　虚拟内存机制我不太了解，去看视频

 

　　文件锁

　　我对这东西没什么概念，看视频去

　　作用：防止多个进程同时操作一个文件

　　进程中，关闭一个描述符时，该进程通过描述符引用的文件上的任何锁都被释放

　　进程终止时，它建立的锁全部释放

　　fork产生的子进程不继承父进程的锁，子进程调用fcnt才能获取自己的锁

　　调用exec，新程序可以继续执行原程序文件锁。

 

 

LINUX如何创建进程

 

1系统调用system()

　　可以通过此命令去调用系统进程

　　system(“ls -l”)

2exec系列函数调用

这种调用是在原函数的基础上产生一个新的进程，进程ID之类的不会变化。相当于进程表面没有变化但内在变化了，进程“变身”了。

暂时也不知道这个函数集的应用场景

函数集合

#include <unistd.h>

extern char **environ;

1. int execl(const char *path, const char *arg, ...);
2. int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
3. int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
4. int execv(const char *path, char *const argv[]);
5. int execvp(const char *file, char *const argv[]);
6. int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

函数作用：

　　根据指定的文件名找到可执行文件来取代当前调用进程的内容。

3fork分叉函数调用

获取进程ID的API

包含头文件

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

1获取当前进程pid

　　pid_t getpid()

2获取父进程pid

　　pid_t getppid()

 

创建子进程API

包含头文件：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

pid_t fork()

失败返回-1，成功返回进程ID

fork创建进程后，函数在子进程返回0，在父进程中返回子进程的pid值。一般会利用该特效来区分父子进程。

父子进程不共享存储空间和资源但代码段是共享的。

pid_t vfork()

函数在子进程返回0，在父进程中返回子进程的pid值。

和fork()类似但有区别

fork()不会对父子进程的执行次序有限制，vfork调用时子进程会先调用，父进程会挂起。它会挂起父进程直到它退出或者执行exec函数族

 

等待进程结束API

等待任何一个子进程结束，阻塞

pid_t wait()

等待某一个进程结束，可以选择是否阻塞

wait() 函数的功能有三个：

• 阻塞等待子进程退出
• 回收子进程的残留资源，包括PCB
• 获取子进程结束状态或异常退出原因，阻塞式回收任一（谁先结束就先回收谁）子进程退出资源

• 

•  

  status由自己定义，用来接收子进程返回的返回值/错误码 

 

　　wait函数中的宏函数

 

进程终止

有很多种方式，下面列举几个

exit()函数 终止进程，返回要给父进程的值

 

exit()和return的区别

如果main()在一个递归程序中，exit()仍然会终止程序；
但return将控制权移交给递归的前一级，直到最初的那一级，此时return才会终止程序。//exit更加直接
即使在除main()之外的函数中调用exit()，它也将终止程序。
return();是某个函数的结束，并返回结果。

 

return是函数级别的操作，exit是进程级别的操作

　　return是函数的退出(返回)；exit是进程的退出。

1. 非主函数中调用return和exit效果很明显，但是在main函数中调用return和exit的现象就很模糊，多数情况下现象都是一致的。

 

abort()函数，异常终止进程

void abort(void);

该函数没有任何参数，调用该函数会立即终止程序的运行，并生成一个异常信号，通知操作系统程序已经异常终止。在程序终止之前，abort()函数会执行一些清理工作，例如关闭文件、释放内存等。

 

 

raise函数

raise 是一个C语言标准库函数，它的作用是给当前进程发送信号。它属于信号处理库（signal.h），允许程序员通过代码控制信号的发送和处理。

接到一个信号并终止，如signkill信号给信号会关闭进程。

如raise(SIGKILL)

raise 函数原型如下：

#include <signal.h> //使用这个函数需导入此头文件
int raise(int sig);

 

返回值：

• 如果函数成功发送信号，返回0。
• 如果出现错误，返回非0值。

 

atexit函数

int atexit(函数指针)

进程在结束前会执行函数指针指向的函数，这些函数会被exit自动调用，称为终止处理函数。相当于析构函数……

一、atexit函数
atexit函数是一个特殊的函数，它是在正常程序退出时调用的函数，我们把他叫为登记函数（函数原型：int atexit (void (*)(void))）

一个进程可以登记32个函数，这些函数由exit自动调用，这些函数被称为终止处理函数

atexit函数可以登记这些函数。exit调用终止处理函数的顺序和atexit登记的顺序相反，如果一个函数被多次登记，也会被多次调用。