Linux用户：掌握进程管理技术-猿码集

进程管理技术概述

Linux是一种广泛使用的操作系统，具有强大的进程管理能力，允许用户同时运行多个进程并有效地监控和管理它们。掌握进程管理技术对于Linux用户来说非常重要，因为它可以帮助我们更好地理解系统的运行情况，并能够有效地分配系统资源。

进程和线程的区别

在进程管理技术中，我们首先需要了解进程和线程的概念。进程可以理解为正在运行的程序的实例，它拥有自己的地址空间和系统资源。而线程是进程的一部分，多个线程可以在同一个进程中共享资源。相对于进程而言，线程的创建和切换速度更快，因此线程通常被用于执行轻量级的任务。

进程的状态和切换

进程可以处于多种状态中的一种，包括运行、等待、停止和终止等。进程状态的切换是由内核决定的，它通过调度算法来决定哪个进程将获得CPU的执行权。

进程的状态切换可以通过以下方式触发：

等待外部事件的发生：例如等待输入或等待某个文件的读取完成。

主动释放CPU的使用权：进程在执行过程中可以选择主动让出CPU的使用权。

时间片用完：进程在一段时间内占用了CPU，当时间片用完后，内核会将其状态切换为等待状态。

进程的创建

在Linux中，进程的创建需要通过fork和exec两个系统调用来完成。fork调用会创建一个与父进程完全相同的子进程，子进程从父进程那里继承了大部分资源。exec调用则用新的程序替换当前进程的地址空间，从而创建一个新的进程。


#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main() {
  int pid;
  pid = fork();
  if (pid == 0) {
    // 这是子进程
    printf("子进程 ID：%d\n", getpid());
  } else if (pid > 0) {
    // 这是父进程
    printf("父进程 ID：%d\n", getpid());
  } else {
    // fork调用失败
    printf("进程创建失败\n");
  }
  return 0;
}

在以上的代码中，fork调用创建了一个新的子进程，并通过if语句判断了父进程和子进程的分支。

进程调度策略

时间片轮转调度

时间片轮转调度是一种经典的进程调度算法，它将系统中的进程按顺序放入一个就绪队列，并按照一定的时间片大小给每个进程分配CPU时间。当时间片用完后，当前进程的状态被切换为等待状态，转而执行下一个进程。

这种调度策略的优点是公平性好，能够平衡各个进程的执行时间。但是在一些情况下，会出现进程因执行时间过长而导致的响应延迟问题。

实时调度

相对于时间片轮转调度，实时调度策略更为精确和高效。它将进程分为实时进程和普通进程两类，实时进程的优先级更高，可以在任何时候获取CPU的执行权。

实时进程又分为静态优先级实时进程和动态优先级实时进程。静态优先级实时进程的优先级是固定的，在创建时即被指定。而动态优先级实时进程的优先级可以根据某些条件动态调整。

进程间通信

管道

管道是一种最基本的进程间通信机制，它可以在两个进程间传递数据。


#include<unistd.h>
int main() {
  int fd[2];
  char buffer[256];
  
  if (pipe(fd) == -1) {
    // 管道创建失败
    return -1;
  }
  
  if (fork() == 0) {
    // 子进程从管道中读取数据
    close(fd[1]);
    read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));
    printf("子进程读取：%s\n", buffer);
  } else {
    // 父进程向管道中写入数据
    close(fd[0]);
    write(fd[1], "Hello, World!", 13);
  }
  
  return 0;
}

以上代码中，通过pipe调用创建了一个管道，并通过fork调用创建了一个子进程。子进程从管道中读取数据，父进程向管道中写入数据。

信号量和共享内存

信号量是一种同步机制，用于多个进程之间的互斥和同步。通过信号量，可以实现进程对共享资源的互斥访问。


#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
union semun {
  int val;
  struct semid_ds *buf;
  unsigned short *array;
};
int main() {
  key_t key;
  int semid;
  union semun semarg;
  
  key = ftok(".", 's');
  semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
  
  semarg.val = 1;
  semctl(semid, 0, SETVAL, semarg);
  
  return 0;
}

以上代码中，通过semget调用创建了一个信号量集，通过semctl调用初始化了该信号量的初始值为1。

套接字通信

套接字是一种应用层的通信机制，它可以在不同主机之间进行进程间通信。套接字可以通过TCP/IP或UDP协议进行数据的传输。


#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
int main() {
  int sockfd;
  struct sockaddr_in serveraddr;
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  
  serveraddr.sin_family = AF_INET;
  serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  serveraddr.sin_port = htons(1234);
  
  bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  listen(sockfd, 10);
  
  return 0;
}

以上代码中，通过socket调用创建了一个套接字，通过bind调用将其绑定到指定的地址和端口，通过listen调用设置套接字为监听状态。

进程管理实用工具

ps命令

ps命令用于查看系统中正在运行的进程。通过不同的参数，可以获取进程的详细信息，如进程ID、父进程ID、CPU使用率等。

ps aux

ps aux命令可以显示所有用户的所有进程信息。

top命令

top命令用于实时查看系统中正在运行的进程，并按照CPU使用率进行排序。它可以帮助我们快速定位系统负荷过重或者占用CPU资源过高的进程。

top

top命令会以实时更新的方式显示当前进程的信息。

kill命令

kill命令用于终止指定的进程。它可以向进程发送不同的信号，如终止信号(SIGTERM)、强制终止信号(SIGKILL)等。

kill [信号] [进程ID]

kill命令可以通过指定不同的信号来控制进程的终止方式。

总结

进程管理技术是Linux用户必须掌握的重要技能之一。掌握进程的创建、状态切换、调度策略以及进程间通信的方法，能够帮助我们更好地监控和管理系统的运行情况，提高系统资源的利用率。此外，熟练使用进程管理实用工具也是及其重要的，它能够方便我们查看和终止指定进程，确保系统的稳定性和性能。

Linux用户：掌握进程管理技术