二、多任务并发

单任务：程序运行起来，只能处理一件事情

多任务：程序运行起来，可以同时处理多件事情

1. 进程

1.什么是进程

进程：正在执行的程序，执行过程中需要消耗CPU和内存。

进程是操作系统资源分配的最小单位。

程序：

1. 存放在硬盘的数据指令集合

2. 静态的

3. 程序运行起来时，可以创建出多个进程

进程：

1. 进程是一个正在执行的程序，在内存中执行指令

2. 进程是一个动态的过程，具备一定的生命周期

3. 进程可以实现并发（多任务）

4. 执行过程中需要消耗CPU和内存，多进程间存在资源竞争

2. 创建进程

进程在被创建的时候，操作系统需要为其分配0-4G的虚拟内存空间。

3. 进程的调度

宏观并行 从宏观角度，多个任务同时执行 微观串行 微观角度，多个任务按照一定顺序先后执行

CPU任务调度算法：

1. 时间片轮询

2. 先来先服务，后来后服务

3. 优先级算法：高优先级先执行，低优先级后执行

4. 短作业优先算法

4. 进程的状态

任何操作系统进程状态切换图：三态图

Linux操作系统进程状态切换：

 Linux进程状态:
    1.运行态(用户运行态、内核运行态)  R
        正在执行,且被CPU任务调度所执行的进程
        
    2.就绪态   R
        正在执行,没有CPU任务调度执行的进程（只缺少cpu）
        
    3.可唤醒等待态    S
        也称为睡眠态,阻塞等待资源的进程
        
    4.不可唤醒等待态 D
        不想被CPU任务调度所打断的进程任务可以设置为不可唤醒等待态
        
    5.暂停态   T
        被暂停执行的进程
        
    6.僵尸态    Z
        进程执行结束,空间没有被回收
        
    7.结束态    X
        进程执行结束,空间被回收
 ```

5. 进程的退出和消亡

进程执行结束，需要对进程对应的资源空间进行回收，否则，该进程进入僵尸态。

6. 进程相关的命令

• ps -aux

  查看当前操作系统中的进程相关信息

  USER PID（进程ID号）

  ps -aux | grep a.out

  | 管道 ：将前面的命令的输出作为后面命令的输入

  grep ： 查找后面的字符串对应的信息

• top

  动态查看进程的相关参数：侧重于CPU和内存占有率

• ps -ef

  产看进程的父进程ID号

  父进程：产生子进程的进程叫父进程

  子进程：父进程产生的新进程称为该父进程的子进程

• pstree

  查看进程的族谱关系

  pstree -sp PID

  查看指定进程的族谱关系

• kill

  给进程发送一个信号

  kill -信号的ID/信号名称 PID

  kill -9 PID ---》结束PID对应的进程

  kill -19 PID ---》让进程进入到暂停态

  kill -18 PID ---》让进程继续运行

• jobs

查看当前终端的后台进程及编号

• fg 编号

将一个后台进程调到前台

7. 进程相关函数

1. 创建进程fork

pid_t fork(void);
功能：创建新进程
返回值：
    成功：父进程中返回子进程的PID号
         子进程中返回0
    失败：-1

1.子进程在创建时，完全拷贝父进程0-3G的虚拟内存空间 ​ 文本区 ​ 数据区 ​ 堆区 ​ 栈区 ​ 2.拷贝内核空间中进程控制块（PCB）的部分内容 ​ PID号不拷贝

3. 父进程和子进程用户空间独立，数据不能共享，要想共享数据，需要使用进程间通信的方法

pid_t getpid(void);
功能：获取当前进程的PID号
pid_t getppid(void);
功能：获取当前进程的父进程的PID号（PPID）

练习：创建2个进程，分别打印自己的ID号和自己父进程的ID号，要求1s打印一

1. 进程的消亡

   • 进程退出

     1. 在主函数中return；

     2. exit（），库函数，直接结束一个进程,结束前会刷新缓冲区

     3. _exit(), _Exit()，系统调用，直接结束一个进程,结束前不会刷新缓冲区

     4. 被动退出：异常退出、使用signal结束一个进程（kill）

   • 回收进程空间

     僵尸进程：子进程结束后，父进程没有回收子进程的资源空间，此时，该子进程成为僵尸进程。

     如何避免僵尸进程：

     1. 子进程结束，由其父进程回收资源空间

     2. 让子进程成为一个孤儿进程

     孤儿进程 ：父进程先结束，其父进程创建的子进程成为孤儿进程，将会被系统进程收养，结束时由系统进程回收。

     比如：守护进程

   • 进程空间回收策略：

     1.对于一直处于运行状态，不会结束的进程不需要回收

     2.进程在执行有结束的情况时回收

   • 进程资源空间回收：

     wait

   pid_t wait(int *wstatus);
   功能：阻塞等待回收僵尸态进程
   参数：
       wstatus：保存回收的子进程的退出状态
   返回值：
       成功：返回回收到的子进程的ID
       失败：-1
   WIFEXITED(wstatus)  是不是正常结束   
   WEXITSTATUS(wstatus) 使用这个宏去拿exit结束状态
   WIFSIGNALED(wstatus) 是不是收到了信号而终止的            
   WTERMSIG(wstatus)如果是信号终止的，那么是几号信号。

   waitpid

   pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
   功能：回收指定进程的资源
        和wait功能相似，比wait更灵活
   参数：
       pid：
           <-1 回收指定进程组内的任意子进程 （-100.等待GID=100的进程组中的任意子进程）
           -1 回收任意子进程，组内外
           0 回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程，组内 
           > 0 回收指定ID的子进程
       
       status 子进程退出时候的状态，
               如果不关注退出状态用NULL；
       options 选项：
               0  表示回收过程会阻塞等待
               WNOHANG 表示非阻塞模式回收资源。
   返回值：
       成功 返回接收资源的子进程pid
       失败  -1
       设定为非阻塞且没有回收到子进程返回0 
   ​
   waitpid(0,&status,0)   //默认阻塞  ==wait(&status);
   waitpid(0,&status,WNOHANG)； // 非阻塞方式
   ​
   注意：使用waitpid以非阻塞方式回收时，要搭配轮询方式实现。

8 .exec函数族

功能：在一个进程中执行另外一个文件
int execl(const char *path, const char *arg, ...
                       /* (char  *) NULL */);
 功能：可以执行任意可执行文件
 参数：     
    path：要执行的文件的路径和名称
    arg：执行该文件需要的参数
int execlp(const char *file, const char *arg, ...
                       /* (char  *) NULL */);
功能：执行环境变量保存的系统路径下的可执行文件
参数：
    file：需要执行的文件的名称
    arg：执行该文件需要的参数
int execle(const char *path, const char *arg, ...
                       /*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
功能：可以执行任意可执行文件
 参数：     
    path：要执行的文件的路径和名称
    argv：执行该文件需要的参数存放的指针数组
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],
                       char *const envp[]);
​
    l ： list-----》列表         "ls", "-l"
    v : vector---->容器（数组）  
    p ：path  ----》路径 exec会自动从PATH环境变量所保存的路径下去寻找
    e ：env   ----》环境变量

exec原理：当执行exec时，系统将要执行的文件和进程中文本区的指令数据进行替换。

env ： 查看系统中的环境变量
whereis 二进制/库   查看二进制。库对应的位置