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C++ 并发编程 --- 服务器进程

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刘帅强
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Linux 多进程开发

程序与进程

程序是包含一些列信息的文件,这些信息描述了如何在运行时创建一个进程:


  • 二进制格式标识:每个程序文件包含用于描述可执行文件格式的元信息。内核利用此信息来解释文件中的其他信息

  • 机器语言指令:对程序算法进行编码

  • 程序入口地址:标识程序开始执行时的起始指令

  • 数据:应用程序半酣的变量初始值和程序使用的字面量值

  • 符号表及重定位表:描述程序中函数和变量的位置及名称。这些表格有多重用途,其中包括调试和运行时的符号解析(动态链接)

  • 共享库和动态链接信息:程序文件所包含的一些字段,列出了程序运行时需要使用的共享库,以及加载共享库的动态连接器的路径名

  • 其他信息:程序文件还包含许多其他信息,用以描述如何创建进程

  • 进程是正在运行的程序的实例。是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元,在传统操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元

  • 可以用一个程序来创建多个进程,进程是由内核定义的抽象实体,并为该实体分配用以执行程序的各项系统资源。从内核的角度看,进程由用户内存空间和一系列内核数据结构组成,其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量,而内核数据结构则用于维护进程状态信息。记录在内核数据结构中的信息包括许多与进程相关的标识号(IDs)、虚拟内存表、打开文件的描述符表、信号传递及处理的有关信息、进程资源使用及限制、当前工作目录和大量的其他信息。

单道多道程序设计

  • 单道程序:计算机内存只允许一个的程序运行

  • n 多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,使它们在管理程序控制下,相互穿插运行,两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态, 这些程序共享计算机系统资源。引入多道程序设计技术的根本目的是为了提高 CPU 的利用率。

  • 对于一个单 CPU 系统来说,程序同时处于运行状态只是一种宏观上的概念,他们虽然都已经开始运行,但就微观而言,任意时刻,CPU 上运行的程序只有一个。

  • n 在多道程序设计模型中,多个进程轮流使用 CPU。而当下常见 CPU 为纳秒级,1 秒可以执行大约 10 亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级,所以看似同时在运行。

时间片

  • n 时间片(timeslice)又称为“量子(quantum)”或“处理器片(processor slice)”是操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段 CPU 时间。事实上,虽然一台计算机通常可能有多个 CPU,但是同一个 CPU 永远不可能真正地同时运行多个任务。在只考虑一个 CPU 的情况下,这些进程“看起来像”同时运行的,实则是轮番穿插地运行,由于时间片通常很短(在 Linux 上为 5ms-800ms),用户不会感觉到。

  • n 时间片由操作系统内核的调度程序分配给每个进程。首先,内核会给每个进程分配相等的初始时间片,然后每个进程轮番地执行相应的时间,当所有进程都处于时间片耗尽的状态时,内核会重新为每个进程计算并分配时间片,如此往复。

并行与并发

  • 并行(parallel):指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。

  • 并发(concurrency):指在同一时刻只能有一条指令执行,但多个进程指令被快速的轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果,但在微观上并不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行

进程控制块(PCB)

  • 为了管理进程,内核必须对每个进程所做的事情进行清楚的描述。内核为每个进程分配一个 PCB(Processing Control Block)进程控制块,维护进程相关的信息,Linux 内核的进程控制块是 task_struct 结构体。

  • 在 /usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h 文件中可以查看 struct task_struct 结构体定义。其内部成员有很多,我们只需要掌握以下部分即可:

  • 进程 id:系统中每个进程有唯一的 id,用 pid_t 类型表示,其实就是一个非负整数

  • 进程的状态:有就绪、运行、挂起、停止等状态

  • 进程切换时需要保存和恢复的一些 CPU 寄存器

  • 描述虚拟地址空间的信息

  • 描述控制终端的信息

  • l 当前工作目录(Current Working Directory)

  • umask 掩码

  • 文件描述符表,包含很多指向 file 结构体的指针

  • 和信号相关的信息

  • 用户 id 和组 id

  • 会话(Session)和进程组

  • 进程可以使用的资源上限(Resource Limit)

进程的状态转换

  • 进程的状态


进程的状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。在三态模型中,进程状态分为三个基本的状态:就绪态;运行态;阻塞态。在五态模型中,进程分为新建态、就绪态,运行态,阻塞态,终止态


  • 查看进程

  • ps aux /ajx

  • a: 显示终端上的所有进程, 包括其他用户的进程

  • u : 显示进程的详细信息

  • x: 显示没有控制的进程

  • j : 列出与作业控制相关的信息

  • STAT 参数意义

  • D 不可中断 Uninterruptible(usually IO)

  • R 正在运行,或在队列中的进程

  • S(大写) 处于休眠状态

  • T 停止或被追踪

  • Z 僵尸进程

  • W 进入内存交换(从内核 2.6 开始无效)

  • X 死掉的进程

  • < 高优先级

  • N 低优先级

  • s 包含子进程

  • /+位于前台的进程组

  • 实时显示进程动态

  • top

  • 可以在使用 top 命令时加上 -d 来指定显示信息更新的时间间隔,在 top 命令 执行后,可以按以下按键对显示的结果进行排序:

  • M 根据内存使用量排序

  • P 据 CPU 占有率排序

  • T 根据进程运行时间长短排序

  • U 根据用户名来筛选进程

  • K 输入指定的 PID 杀死进程

  • 杀死进程

  • kill [-signal] pid

  • kill –l 列出所有信号

  • kill –SIGKILL 进程 ID

  • kill -9 进程 ID

  • kill all name 根据进程名杀死进程

  • 进程号和相关的函数


  • 每个进程都由进程号来标识,其类型为 pid_t(整型),进程号的范围:0~32767。 进程号总是唯一的,但可以重用。当一个进程终止后,其进程号就可以再次使用。

  • 任何进程(除 init 进程)都是由另一个进程创建,该进程称为被创建进程的父进程, 对应的进程号称为父进程号(PPID)。

  • 进程组是一个或多个进程的集合。他们之间相互关联,进程组可以接收同一终端的各 种信号,关联的进程有一个进程组号(PGID)。默认情况下,当前的进程号会当做当 前的进程组号。

  • 程号和进程组相关函数:

  • pid_t getpid(void);

  • pid_t getppid(void);

  • pid_t getpgid(pid_t pid);

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还未添加个人签名 2019.05.14 加入

测试小白 短期计划为:构建 测试开发的全貌,而非死磕某个知识点。

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