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石家庄今天最新新闻头条,搜索引擎优化实训,易营宝mip网站建设,企业管理系统有一、进程与程序#xff1a;静态与动态的本质区别初学者易混淆进程与程序#xff0c;二者从存在形式、生命周期、资源占用等维度存在本质差异#xff0c;核心是 “静态文件” 与 “动态执行实例” 的区别#xff1a;维度程序#xff08;Program#xff09;进程#xff08…一、进程与程序静态与动态的本质区别初学者易混淆进程与程序二者从存在形式、生命周期、资源占用等维度存在本质差异核心是 “静态文件” 与 “动态执行实例” 的区别维度程序Program进程Process存在形式静态存储在硬盘中的代码、数据集合动态程序加载到内存后执行的实例生命周期永存除非手动删除文件暂时有创建、调度、运行、消亡的完整周期状态变化无状态始终是静态文件有就绪、运行、阻塞、终止等状态切换并发特性无并发概念仅作为文件存在支持并发执行多进程可抢占 CPU 资源资源占用不占用系统资源CPU、内存、文件描述符等占用 CPU、内存、IO 等系统资源运行关联一个程序可多次运行生成多个独立进程一个进程可加载并执行一个或多个程序直观示例从代码到进程的转化test.c源代码文件 → 编译 → test.out可执行程序/静态文件 → 运行 → process进程分配PIDtest.c 是程序的 “源码形态”存储于硬盘test.out 是编译后的可执行文件仍为静态程序执行./test.out后系统为其分配内存、PID才成为动态运行的进程。虚拟内存与 MMU进程隔离的核心保障Linux 通过虚拟内存和内存管理单元MMU实现多进程安全运行隔离性每个进程拥有独立虚拟地址空间MMU 负责虚拟地址到物理地址的映射进程间无法直接访问内存避免篡改安全性内核运行在核心态进程运行在用户态进程需通过系统调用如fork()、exit()并经权限校验后才能调用内核功能防止恶意破坏。二、进程的分类按运行特性划分根据运行方式和交互特性Linux 进程分为三类操作系统通过差异化调度策略适配其特性实现系统并发1. 交互式进程核心特征运行依赖用户输入交互性强执行后返回输出典型示例终端中的vim、ssh、top图形界面的浏览器、编辑器调度特点优先保证响应速度分配更短时间片、更高优先级避免用户操作卡顿。2. 批处理进程核心特征无需用户实时交互按预设逻辑批量执行典型示例Shell 脚本、数据库批量备份程序、日志分析脚本调度特点系统负载较低时执行如夜间优先级低于交互式进程避免占用前台资源。3. 守护进程Daemon Process核心特征系统启动后自动运行长期驻留内存休眠状态下等待触发典型示例nginx/apacheWeb 服务、rsyslogd日志收集、系统更新进程调度特点后台常驻优先级稳定PPID 通常为 1由 init 进程接管。操作系统的进程状态切换图linux的进程状态切换图进程分类的核心价值实现系统并发进程分类的本质是优化系统并发能力 —— 操作系统在一段时间内同时运行多个任务的能力单 CPU 核心通过调度器快速切换进程时间片轮转宏观上 “同时运行”微观上同一时刻仅一个进程执行多 CPU 核心升级为并行多个进程可在不同核心真正同时执行提升吞吐量。Linux 针对不同进程的调度优化目标保证交互式进程响应速度提升批处理进程执行效率维持守护进程稳定常驻。三、父子进程关系fork () 创建与写时复制机制Linux 中除 init 进程PID1系统启动时创建外所有进程都有且仅有一个父进程形成树形结构核心创建方式是fork()系统调用。3.1 fork () 函数的核心特性fork()遵循 “一次调用两次返回” 规则调用时内核为新进程分配 PCB进程控制块复制父进程大部分资源父进程中fork()返回子进程 PID正整数用于管理子进程子进程中fork()返回 0可通过getppid()获取父进程 PID调用失败如进程数达上限返回 -1并设置errno。3.2 写时复制Copy-On-Write高效的内存复用策略早期fork()会复制父进程全部内存空间代码段、数据段、堆、栈若子进程立即执行exec加载新程序内存复制完全浪费。Linux 2.6 内核后引入写时复制COW核心原理fork()执行后父子进程共享所有内存页且标记为 “只读”当任意一方修改内存页时内核为该页创建副本分配给修改方单独使用优势降低fork()开销提升进程创建效率节省内存。3.3 fork () 代码示例区分父子进程#include stdio.h #include unistd.h #include sys/types.h int global_var 10; // 全局变量存储在数据段 int main() { pid_t pid; int local_var 20; // 局部变量存储在栈 pid fork(); if (pid -1) { perror(fork failed); return 1; } else if (pid 0) { // 父进程执行逻辑 global_var; local_var; printf(父进程 - PID: %d, 子进程PID: %d\n, getpid(), pid); printf(父进程 - global_var: %d, local_var: %d\n, global_var, local_var); sleep(2); // 等待子进程执行完毕 } else { // 子进程执行逻辑 printf(子进程 - PID: %d, 父进程PID: %d\n, getpid(), getppid()); printf(子进程 - global_var: %d, local_var: %d\n, global_var, local_var); // 修改变量触发写时复制 global_var 2; local_var 2; printf(子进程修改后 - global_var: %d, local_var: %d\n, global_var, local_var); } return 0; }运行结果分析子进程初始变量与父进程一致共享内存页父进程修改变量不影响子进程子进程修改时触发 COW生成独立内存页副本。四、进程的调度CPU 资源的分配策略多进程争夺有限的 CPU 核心资源时Linux 内核调度器通过合理策略分配 CPU 时间平衡公平性与响应性。4.1 调度的核心逻辑宏观并行与微观串行宏观并行通过进程快速切换用户感知所有进程 “同时运行”微观串行单个 CPU 核心同一时刻仅执行一个进程的指令。4.2 进程上下文切换当进程时间片耗尽内核切换到其他进程运行的过程核心步骤保存当前进程状态PCB 标识、寄存器值、程序计数器、内存映射等将状态写入内存释放 CPU读取待运行进程的状态恢复到寄存器和 CPU按程序计数器继续执行该进程。注意上下文切换存在系统开销过于频繁会降低整体性能。4.3 Linux 主流调度算法调度算法核心逻辑适用场景特点时间片轮转就绪进程轮流占用 CPU时间片耗尽触发切换交互式进程保证公平获取 CPU 资源短任务优先优先调度运行时间更短的进程批处理进程降低整体任务平均等待时间优先级调度高优先级进程优先获取 CPU响应敏感的实时任务按优先级分配资源完全公平调度器CFS按 “权重” 分配 CPU 时间权重越高时间片越长内核默认通用场景兼顾公平性与响应性实时调度SCHED_FIFO/SCHED_RR先进先出 / 实时进程时间片轮转工业控制、自动驾驶等实时任务优先级高于普通进程可抢占 CPU4.4 进程调度相关命令命令功能说明常用示例ps aux显示所有进程详细信息PID、状态、CPU 占用率等ps auxgrep nginx过滤 nginx 进程top实时监控进程资源占用支持交互式调整优先级按P按 CPU 排序renice调整优先级kill向进程发送信号终止 / 调整进程状态kill -9 1234强制终止 PID1234 的进程killall按进程名批量关闭进程killall -9 a.out关闭所有 a.out 进程总结进程是 Linux 实现并发的基本单位与程序的核心区别是 “动态执行” 与 “静态文件”按运行特性分为交互式、批处理、守护进程适配不同调度策略fork()是创建进程的核心调用写时复制优化了内存复用调度算法通过平衡公平性与响应性实现 CPU 资源的高效分配配套命令可快速管理进程。