学习笔记6

Unix/Linux系统多任务处理概述
多任务处理系统
Unix/Linux系统的进程管理
实践过程

Unix/Linux系统多任务处理概述

1.进程管理：

进程是程序的执行实例。Unix和Linux支持多个进程同时运行，每个进程都有自己的独立地址空间和资源。这使得多个应用程序可以同时运行，互不干扰。
操作系统通过调度算法决定哪个进程在何时运行，以便实现公平的资源分配和响应时间。

2.多用户支持：

Unix和Linux是多用户操作系统，可以同时支持多个用户登录并使用系统。
用户和组的权限管理机制确保不同用户之间的隔离和安全性。

3.进程间通信：

Unix和Linux提供了各种进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列、共享内存和信号等，允许不同进程之间进行数据交换和协作。

4.文件系统：

Unix和Linux使用层次化文件系统，允许用户组织和管理文件和目录。文件是操作系统中的核心资源之一。
权限和所有权机制确保文件的安全性和隐私。

5.调度器：

调度器是操作系统的一部分，用于决定哪个进程应该在CPU上运行。
Unix和Linux使用优先级、时间片轮转等调度算法，以确保不同进程获得公平的CPU时间，同时允许优先级更高的进程优先运行。

6.多任务处理：

多任务处理是指系统能够同时运行多个任务，每个任务可以是一个应用程序或服务。
Unix和Linux使用进程管理、线程管理和虚拟内存技术来实现多任务处理，使得系统可以同时执行多个任务而不会相互干扰。

7.虚拟内存：

虚拟内存是一种技术，允许将物理内存和磁盘空间结合使用，以扩展可用内存。
Unix和Linux使用虚拟内存来管理内存资源，允许多个进程同时运行，而无需担心物理内存限制。

8.Shell和命令行界面：

Unix和Linux提供了强大的命令行界面，用户可以通过Shell使用各种命令来执行任务、管理文件和配置系统。

9.网络支持：

Unix和Linux系统内置了网络支持，允许计算机在网络上进行通信和共享资源。
这使得它们成为服务器操作系统的首选选择，支持各种网络服务。

10.可定制性：

Unix和Linux是开源系统，用户可以根据自己的需求自定义和扩展系统。这使得它们非常适用于各种用途，从嵌入式系统到大型服务器。

多任务处理系统

1.多任务处理系统文件：

type.h 文件：定义了系统常数和表示进程的简单PROC结构体
ts.s 文件：在32位GCC汇编代码中可实现进程上下文切换。
queue.c 文件：可实现队列和链表操作函数。enqueue() 函数按优先级将PROC输入队列中。在优先级队列中，具有相同优先级的进程按先进先出（FIFO）的顺序排序。dequeue() 函数可返回从队列或链表中删除第一个元素。printlist() 函数可打印链表元素。
t.c 文件：定义MT系统数据结构、系统初始化代码和进程管理函数。

2.多任务处理系统代码示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx; // 用于互斥操作的互斥锁

void task1() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        std::cout << "Task 1: Step " << i << std::endl;
    }
}

void task2() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        std::cout << "Task 2: Step " << i << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread thread1(task1);
    std::thread thread2(task2);

    thread1.join();
    thread2.join();

    return 0;
}

引入头文件来使用多线程功能。
创建两个线程 thread1 和 thread2，它们执行不同的任务。
使用 std::mutex 来创建互斥锁 mtx，以确保线程之间的数据同步和互斥。
在任务函数中，使用 std::lock_guard 来锁定互斥锁，以确保每个线程一次只能有一个访问共享资源（std::cout）。
std::this_thread::sleep_for 用于模拟任务的耗时操作。

Unix/Linux系统的进程管理

Unix/linux 中的进程

在Unix和Linux系统中，进程是操作系统的基本执行单位，用于执行各种任务和程序。

1.进程来源：

进程可以有多种来源，包括：

用户启动的进程：这是由用户通过命令行或图形用户界面启动的进程，用于运行应用程序。
系统启动的进程：这是在系统启动时由初始化进程（通常是INIT或systemd）启动的进程，用于初始化系统的各个组件。
守护进程：这是在后台运行的系统服务，通常由系统启动时或在需要时由初始化进程启动。
进程间通信：一个进程可以通过多种方式创建其他进程，例如使用fork系统调用。这些新进程可以执行不同的任务，与父进程共享一些资源。

2.INIT和守护进程：

INIT：INIT是Unix系统中的初始化进程，通常是第一个进程，其PID为1。INIT负责系统的初始化和进程的管理，它通过启动和终止其他进程来维护系统的稳定性。在现代Linux系统中，systemd 已经取代了传统的INIT。
守护进程：守护进程是在后台运行的系统服务，通常没有与终端相关联。它们可以通过INIT或其他方式启动，负责提供各种系统服务，如网络服务（如sshd）、日志服务（如syslogd）等。守护进程通常在系统启动时自动启动，并持续运行，直到系统关闭。

3.登录进程：

登录进程负责用户登录和身份验证。在Unix和Linux系统中，最常见的登录进程是 getty 或 mingetty，它们等待终端用户登录并启动用户会话。
用户登录后，通常会启动一个shell进程，允许用户在系统上执行命令和操作。

4.sh进程：

当用户登录时，通常会启动一个shell进程，以便用户可以与系统进行交互。shell是一个命令解释器，它接受用户输入的命令并执行相应的操作。
常见的shell包括bash、sh、zsh、csh、fish等。用户可以根据自己的喜好选择不同的shell。

5.进程的执行模式：

前台进程：前台进程是当前与终端用户交互的进程，它接收用户的输入和输出到终端。用户可以在前台进程中执行命令并与之交互。
后台进程：后台进程是在后台执行的进程，不会与终端用户直接交互。用户可以在命令行中使用&符号来将一个进程置于后台运行。
守护进程：守护进程是在后台运行的系统服务，通常不与终端相关联。它们在系统启动时启动，持续运行以提供各种服务。

进程管理的系统调用

进程管理是操作系统的核心功能之一，用于创建、终止、调度和管理进程。为了实现这些功能，操作系统提供了一系列称为系统调用（system calls）的接口，供应用程序和用户空间的进程使用。

fork()：fork 系统调用用于创建一个子进程，子进程是调用进程的精确复制，包括内存内容、代码、数据、文件描述符等。子进程与父进程同时运行，并在 fork 后继续执行。这个系统调用返回两次，一次在父进程中（返回子进程的PID），一次在子进程中（返回0）。
exec()：exec 系统调用用于加载一个新的程序镜像到当前进程的地址空间，替代当前进程的代码和数据。这个系统调用通常用于启动新的程序。exec 有多个变种，如 execv、execl 等，用于不同的参数传递方式。
wait() 和 waitpid()：wait 和 waitpid 系统调用用于父进程等待子进程的终止，并收集子进程的终止状态。这些系统调用允许父进程获取子进程的退出状态码等信息。
exit()：exit 系统调用用于终止当前进程的执行，并返回一个终止状态码。这个状态码可以被父进程的 wait 系统调用获取。
getpid() 和 getppid()：getpid 用于获取当前进程的PID（进程标识符），而 getppid 用于获取父进程的PID。
nice()：nice 系统调用用于调整进程的调度优先级。较高的优先级值意味着进程会更少地被调度执行，而较低的值会使进程更频繁地执行。
kill()：kill 系统调用用于向指定进程发送信号，可以用于终止进程、通知进程执行特定操作等。
setsid()：setsid 系统调用用于创建一个新的会话，分离进程与控制终端的关联，通常用于守护进程的创建。
umask()：umask 系统调用用于设置文件创建时的默认权限掩码，控制新文件的默认权限。
getrlimit() 和 setrlimit()：getrlimit 用于获取和 setrlimit 用于设置资源限制，如进程可以打开的文件数量、进程可以使用的内存等。