第三章学习笔记

第三章学习笔记

Unix/Linux进程管理

知识点总结

多任务处理：

• Unix和Linux支持多任务处理，这意味着它们能够同时运行多个进程。
• 多任务处理的优点包括更高的系统利用率和更好的响应时间。
• 进程之间是相互独立的，它们不会干扰彼此的执行。

进程：

• 进程是一个正在执行的程序实例。它包括程序的代码、数据、寄存器状态和系统资源的信息。
• 每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID），用于操作和跟踪该进程。
• 进程可以通过fork系统调用创建新的进程，这些新进程通常称为子进程。

多任务处理系统：

• 多任务处理系统使用调度器来决定哪个进程在给定时间片内运行。
• 调度器使用不同的调度算法，如时间片轮转或优先级调度，以确定进程的执行顺序。
• 进程可以在运行、就绪、或休眠状态之间切换，这取决于它们的状态和优先级。

进程同步：

• 进程同步是确保多个进程能够协调工作的关键问题。
• 互斥锁用于确保只有一个进程可以访问共享资源，避免竞争条件。
• 信号量可以用于控制并发访问，以避免资源争夺问题。
• 条件变量可用于在进程之间进行通信和协调。

进程终止：

• 进程可以正常终止，这通常是通过执行完其主要任务或调用exit系统调用来实现的。
• 进程还可以由操作系统强制终止，例如在出现错误或资源不足时。
• 父进程可以通过wait或waitpid系统调用等待子进程终止，并获取子进程的退出状态码。

苏格拉底挑战

问题及解决方案

1.竞争条件（Race Conditions）问题：

• 问题描述：多个进程或线程尝试同时访问共享资源，导致不可预测的结果。
• 解决方案：使用互斥锁、信号量、条件变量等机制来同步进程，确保资源的互斥访问。

2.死锁问题：

• 问题描述：多个进程相互等待对方释放资源，导致所有进程都无法继续执行。
• 解决方案：实施适当的死锁检测和解除策略，或者避免循环等待。

3.进程间通信问题：

• 问题描述：进程需要在不同地址空间的情况下进行通信，例如，父子进程或不相关进程之间的通信。
• 解决方案：使用进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列、共享内存、套接字等，以安全地进行数据传递。

4.资源泄漏问题：

• 问题描述：进程在终止时未释放已分配的资源，如内存、文件描述符，导致系统资源泄漏。
• 解决方案：编写良好的代码以确保资源在不再需要时被正确释放，或使用自动资源管理工具如RAII（资源获取即初始化）。

5.性能问题：

• 问题描述：系统负载高，响应时间慢，或者进程之间的竞争导致性能下降。
• 解决方案：优化代码、使用多线程或进程池，采用更高效的算法，以提高系统性能。

6.进程崩溃问题：

• 问题描述：进程崩溃可能导致数据损坏或系统不稳定。
• 解决方案：实施进程监控和自动重启机制，以便在进程崩溃时快速恢复。

7.资源争夺问题：

• 问题描述：多个进程竞争有限的资源，如锁、内存或文件句柄。
• 解决方案：实施资源管理策略，以防止资源争夺，或通过限制资源使用来避免资源过度使用。

实践

多任务处理

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pid = fork(); // 创建子进程
    if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("Child process is running\n");
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程代码
        printf("Parent process is running\n");
    } else {
        // 创建进程失败
        perror("fork");
    }
    return 0;
}

创建多进程

进程同步:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int shared_variable = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *increment(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        shared_variable++;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, increment, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, increment, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    printf("Shared variable: %d\n", shared_variable);
    return 0;
}

在这个示例中，两个线程通过互斥锁（pthread_mutex_t）同步地增加shared_variable的值，以避免竞争条件。

进程终止:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child process is running\n");
        exit(0); // 正常终止子进程
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        sleep(2); // 等待2秒
        printf("Parent process is running\n");
    }
    return 0;
}

在这个示例中，子进程使用exit系统调用正常终止，而父进程使用sleep等待2秒后继续执行。