进程（Process）
经典定义是一个实行中的程序的实例，操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象。并发运行，指的是一个进程的指令和另一个进程的指令交错实行。操作系统实现这种交错实行的机制称为高下文切换。
一个进程可以由多个线程的实行单元组成，每个线程都运行在进程的高下文中，并共享同样的代码和全局数据。
内核（Kernel）
一个打算机程序，用来管理软件发出的数据I/O（输入与输出）哀求，将这些哀求转译为数据处理的指令，交由中心处理器（CPU）及打算机中其他电子组件进行处理，是当代操作系统中最基本的部分。
外壳（Shell）
指“为利用者供应利用者界面”的软件，常日指的是命令行界面的解析器。一样平常来说，这个词是指操作系统中供应存取内核所供应之做事的程式。Shell也用于泛指所有为用户供应操作界面的程序，也便是程序和用户交互的层面。内核不供应交互。
抢占（Preemption）
分为非抢占式和抢占式。根据调度主体分用户抢占与内核抢占。
非抢占式（Nonpreemptive）——让进程运行直到结束或壅塞的调度办法。
抢占式（Preemptive）——许可将逻辑上可连续运行的在运行过程停息的调度办法。可防止单一进程永劫光独占CPU。
非常掌握流（ECF，Exceptional Control Flow）
ECF发生在硬件层，操作系统层，运用层。掌握转移（control transfer）是指程序计数器对应的指令序列的跳转，掌握转移序列的叫做处理器的掌握流（control flow）。
某些如跳转、调用和返回是为了使得程序对内部状态变革（event）做出反应而设计的机制，系统通过使掌握流发生突变对发生各种状态变革。
Exceptions
任何情形下，处理器检测到event发生，通过非常表（exception table）跳转到专门处理这类事宜的操作系统子程序（exception handler）。
异步非常由事宜产生，同步非常是实行一条指令的直接产物。
种别包含中断（异步），陷阱（同步），故障（同步），终止（同步）。
中断——异步发生，处理器IO设备旗子暗记的结果。陷阱——故意的非常。最主要的用场是在用户程序和内核之间供应一个像过程一样的接口，叫做系统调用。故障——潜在可规复的缺点造成的结果。如果能被修复，则重新实行引起故障的指令，否则终止。终止——不可规复的致命缺点造成的结果。
有高达256种不同的非常类型，如出发缺点（0）、一样平常保护故障（13）、缺页（14）、机器检讨（18）、操作系统定义的非常（32-127，129-255）、系统调用（0x80）。
我们常见的段故障（Segmentation fault），是一样平常保护故障（非常13），常日是由于一个程序引用了一个未定义的虚拟存储器区域，或者由于程序试图写一个只读的文本段。
[ Examples of popular system calls ]
Processes
逻辑掌握流（Logical Control Flow）程序计数器PC值的序列叫做逻辑掌握流（逻辑流）。PC对应于程序的可实行目标文件中的指令，或者是包含在运行时动态链接到程序的共享工具中的指令。
逻辑流看起来就像是在独占处理器地实行程序，每个进程实行逻辑流的一部分然后就被抢占，实际上处理器通过高下文保护好进程间的信息，在不同的进程中切换。
并发流（Concurrent Flows）
并发流指逻辑流在实行韶光上与另一个流重叠，多个就叫并发（concurrent）。
一个进程和其他进程轮流运行叫多任务（multitasking）。
进程霸占CPU实行掌握流的每一个韶光段叫韶光片（time slice）。
多任务也叫做韶光分片（time slicing）。
如果两个流并发运行在不同的处理器或者打算机，称为并行流（parallel flow）。
私有地址空间（Private Address Space）
一样平常，进程间地址空间读写保护。进程地址空间32位进程，代码段从0x08048000开始，64位进程从0x00400000开始：
[ Process address space ]
用户模式和内核模式（User and Kernel Modes）通过掌握寄存器中的模式位（mode bit）描述进程当前享有的特权。内核模式：（超级用户）可实行指令集中任何指令，并且可以访问系统中任何存储器位置。用户模式：不许可实行特权指令，不许可直接引用地址空间中内核区内的代码和数据，任何考试测验都会引发致命保护故障。可以通过系统调用接口间接访问内核代码和数据。高下文切换（Context Switches）内核为每个进程坚持一个高下文（context），是内核重新启动一个被抢占的进程所需的状态。包括：通用目的的寄存器、浮点寄存器、程序计数器、用户栈、状态寄存器、内核栈和各种内核数据构造（地址空间的页表、有关当提高程信息的进程表、进程已打开文件的信息的文件表）内核调度器（scheduler）卖力调度进程，抢占当提高程，重新开始先前被抢占的进程。0x01 101 Inside ProcessProcess Control
如何掌握进程？
PID
pid > 0
#include <sys/types.h> // for pid_t#include <unistd.h>pid_t getpid(void); // 获取进程IDpid_t getppid(void); // 获取父进程ID
Creating and Terminating Process
从程序角度来看，进程总处于以下三种状态：
Running——要么处于CPU实行中，要么处于等待被实行且终极会被内核调度。Stopped——进程被挂起（suspend），且不会被调度。当收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或者SIGTTOU旗子暗记时，进程停滞，直到收到SIGCONT旗子暗记，进程再次开始运行。
Terminated——进程永久停滞了。三种缘故原由导致终止：收到一个默认行为时终止进程的旗子暗记；从主程序返回；调用exit。
#include <sys/types.h>#include <unistd.h>/ 创建子进程 返回：子进程=0，父进程=子进程PID，出错=-1/pid_t fork(void);#include <stdlib.h>void exit(int status);
父进程通过调用fork创建一个新的运行子进程，最大的差异在于不同的PID。
fork()：一次调用，返回两次。在调用进程中（父进程），返回子进程PID；在新创建的子进程中，在子进程中返回0。并发实行：父子进程是并发运行的独立进程。相同但是独立的地址空间。子进程与父进程用户级虚拟地址空间相同的拷贝，相同确当地变量值、堆、全局变量、以及代码。如代码中print出来不一样的x。共享文件：任何打开文件描述符相同的拷贝，如stdout。int main() { pid_t pid; int x = 1; pid = fork(); // 在此处罚裂出了两条韶光线！
if (pid == 0) {// 子进程 printf(\"大众child: x=%d\n\"大众, ++x); exit(0); } // 父进程 printf(\公众parent: x=%d\n\"大众, --x); exit(0); return 0;}
out:
parent: x=0
child: x=2
child |————x=2————father ——————————x=0———— fork exit
Reap Child Process
进程终止时，保持位已终止状态，直到被父进程回收（reap）。当父进程回收已终止的子进程，内核将子进程的退出状态通报给父进程，然后抛弃已终止的进程，此刻进程不复存在。
僵尸进程（zombie）：一个终止了但还未被回收的进程。但是如果父进程没有回收就终止了，则内核安排init进程（PID=1）回收僵尸进程。
#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>/ 进程可以调用waitpid等待子进程终止或者结束。 默认options=0，挂起调用进程，直到它等待凑集中的一个子进程终止。如果等待凑集中的一个进程在刚调用的时候就已经终止了，那么waitpid立即返回。返回已终止的子进程PID，并去除该子进程。输入参数pid：pid>0，等待凑集便是一个单独的子进程，进程ID即是pid。pid=-1，等待凑集是由父进程所有的子进程组成。输入参数options:WNOHANGE：等待凑集中任何子进程都还没有终止，立即返回0；默认行为还是挂起调用进程直到子进程终止。WUNTRACED：挂起调用进程实行，直到凑集中有一个进程终止或停滞。返回该进程PID。WNOHANGE|WUNTRACED：急速返回，0=如果没有终止或停滞的子进程；PID=终止或停滞的子进程PID。输入参数status：WIFEXITED：True=子进程是通过return或者exit终止的；WEXITSTATUS：返回exit状态，只有WIFEXITED=True时被定义；WIFSIGNALED：True=子进程是由于一个未被捕获的旗子暗记终止的；WTERMSIG：返回导致子进程终止旗子暗记量，只有WIFSIGNALED=True被定义；WIFSTOPPED：True=返回的子进程是停滞的；WSTOPSIG：返回引起子进程停滞的旗子暗记的数量，只有WIFSTOPPED=True被定义；返回：成功=子进程PID；if WNOHANG=0；其他缺点=-1（errno=ECHILD，没有子进程；errno=EINTR，被一个旗子暗记中断）/pid_t waitpid(pid_t pid, int status, int options);pid_t wait(int status); //等价于waitpid(-1, &status, 0);
Sleep
#include <unistd.h>// 返回：seconds left to sleepunsigned int sleep(unsigned int secs);// 让调用函数休眠，直到收到一个旗子暗记// 返回：-1int pause(void);
Loading and Running Programs
execve函数在当提高程的高下文中加载并运行一个新的程序，覆盖当提高程的地址空间，但并没有创建一个新进程，进程PID没有改变。
#include <unistd.h>// 返回：成功=不返回；出错=-1int execve(const char filename, const char argv[], const char envp[]);// 程序主入口：int main(int argc, char argv, char envp);int main(int argc, char argv[], char envp[]);
Signal
[ Linux Signal(`man 7 signal`) ]
旗子暗记通报到目的进程包括两个步骤：1）发送；2）吸收。
一个发出却没被吸收的旗子暗记叫做待处理旗子暗记（Pending Signal）。一个进程有一个类型为k的待处理旗子暗记，后面发送到这个进程的k旗子暗记都会被丢弃。也可以选择性壅塞吸收某个旗子暗记，旗子暗记被壅塞时仍可以发送，但产生的待处理旗子暗记不会被吸收，直到进程取消对这种旗子暗记的壅塞。一个待处理旗子暗记最多只能被吸收一次，内核为每个进程在pending位向量中掩护待处理旗子暗记凑集，而在blocked位向量中掩护被壅塞的旗子暗记凑集。只有吸收了k旗子暗记，内核才会打消pending中的k位。Sending Signal
每个进程都只属于一个进程组，进程组ID标识。unix所有发送旗子暗记的机制都是基于进程组（process group）/#include <unistd.h>// 返回：调用进程的进程组IDpid_t getpgrp(void);// 返回：成功=1，缺点=-1int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);用/bin/kill程序发送旗子暗记发送旗子暗记9到进程15213/bin/kill -9 15213发送旗子暗记9到进程组15213中的每个进程。/bin/kill -9 -15213从键盘发送旗子暗记unix利用作业（job）表示对每一个命令行实行而创建的进程，至多一个前台作业和0个或多个后台作业。通过|unix管道连接起多个进程。shell位每个作业创建一个独立的进程组。进程组ID是取自job中父进程中的一个。Ctrl + C发送SIGINT旗子暗记到前台进程组中的每一个进程，终止前台作业。
[ 前台进程子进程和父进程具有相同的进程组ID。]
用KILL函数发送旗子暗记。#include <signal.h>// 输入参数pid：// pid>0:发送SIGKILL给进程pid// pid<0:发送SIGKILL给进程组abs(pid)// 返回：成功=0，失落败=-1int kill(pid_t pid, int sig);alarm函数发送旗子暗记
#include <unistd.h>// 发送SIGALRM给调用进程，如果secs位0，则不会调度alarm。任何情形，对alarm调用都将取消任何pending alarm，并返回pending alarm在被发送前还剩下的秒数。// 返回：前一次alarm剩余的秒数，0=以前没有设定alarmunsigned int alarm(unsigned int secs);/ 定时1s触发alarm handler，5s结束 /#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void handler(int sig) { static int beeps = 0; printf(\公众BEEP\n\"大众); if (++beeps < 5) { alarm(1); } else { printf(\"大众BOOM!\n\公众); exit(0); }}int main() { signal(SIGALRM, handler); alarm(1); for(;;); exit(0);}
Receiving Signals
wtf：当非常处理程序返回时，准备转移掌握权给进程p时，会检讨非被壅塞的待处理旗子暗记的凑集（pending&～blocked）if 凑集为空： 进程p的逻辑掌握流下一跳指令else： 选择某个最小旗子暗记k，逼迫p吸收旗子暗记k goto wtf
每个旗子暗记类型预定义的默认行为（查看Figure8.25）：
进程终止进程终止并转存储器（dump core）进程停滞直到被SIGCONT旗子暗记重启进程忽略该旗子暗记#include <signal.h>// 定义旗子暗记处理函数（signal handler）// 输入int为旗子暗记量typedef void (sighandler_t)(int);// 输入函数sighandler_t：// handler=SIG_IGN，忽略类型为signum的旗子暗记；// handler=SIG_DFL，重置类型为signum旗子暗记的行为。//// 返回：成功=指向前次处理程序指针，出错=SIG_ERR（不设置errno）sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); // installing the handler/ ctrl-c中断sleep，并打印就寝韶光 /#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <signal.h>void handler(int sig) {} // 改变SIGINT处理函数int snooze(unsigned int sec) { int left_sleep_sec = sleep(sec); printf(\"大众Slept for %d of %d secs.\tUser hits ctrl-c after %d seconds\n\"大众, left_sleep_sec, sec, sec-left_sleep_sec);}int main(int argc, char argv[]) { if (SIG_ERR == signal(SIGINT, handler)) { exit(-1); } unsigned int sleep_sec = 0; if (argc > 1) { sleep_sec = atoi(argv[1]); } else { exit(0); } printf(\"大众sleep for %d seconds\n\"大众, sleep_sec); snooze(sleep_sec); exit(0);}
Signal Handling Issues
当程序须要捕获多个旗子暗记时，问题产生了。
待处理旗子暗记被壅塞。Unix旗子暗记处理程序常日会壅塞当前处理程序正在处理的类型的待处理旗子暗记k。如果另一个旗子暗记k通报到该进程，则旗子暗记k将变成待处理，但是不会被吸收，直到处理程序返回。再次检讨创造仍有待处理旗子暗记k，则再次调用旗子暗记处理函数。待处理旗子暗记不会排队等待。任意类型最多只有一个待处理旗子暗记。当目的进程正在实行旗子暗记k的处理程序时是壅塞的，当发送两个旗子暗记k，仅第一个旗子暗记k会变成待处理，第二个则直接被丢弃，不会排队等待。系统调用可以被中断。像read、wait和accept调用过程会壅塞进程的称谓慢速系统调用，当捕获到一个旗子暗记时，被中断的慢速系统调用在旗子暗记处理返回时不再连续，而是立即返回用户一个缺点条件，并将errno设置为EINTR。（纵然sleep被旗子暗记处理捕获后仍会返回）Explicitly Blocking and Unblocking Signals
#include <signal.h>// how = SIG_BLOCK, blocked=blocked | set// how = SIG_UNBLOCK, blocked=blocked &~ set// how = SIG_SETMASK, blocked = setint sigprocmask(int how, const sigset_t set, sigset_t oldset); int sigemptyset(sigset_t set);// 将每个旗子暗记添加到setint sigfillset(sigset_t set);// 添加signum到setint sigaddset(sigset_t set, int signum);// 从set中删除signumint sigdelset(sigset_t set, int signum);//Returns: 0 if OK, −1 on errorint sigismember(const sigset_t set, int signum);//Returns: 1 if member, 0 if not, −1 on error
Nonlocal Jump
浸染许可从一个深层嵌套的函数调用中立即返回。
另一个浸染是使一个旗子暗记处理程序分支到一个分外的位置sigsetjmp/siglongjmp。
#include <setjmp.h>int setjmp(jmp_buf env);int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savesigs);// Returns: 0 from setjmp, nonzero from longjmpsvoid longjmp(jmp_buf env, int retval);void siglongjmp(sigjmp_buf env, int retval);// Never returnsjmp_buf env;rc=setjmp(env); // 保存当前调用环境if(rc == 0) dosomething();else if (rc == 1) dosomething1(); // 如果else if (rc == 2) dosomething2();int dosomething() { longjmp(buf,1); // 跳转到setjmp，返回1 // longjmp(buf,2); // 跳转到setjmp，返回2}
操作进程工具
STRACE：打印一个正在运行的程序和它的子程序调用的每个别系调用的轨迹。
PS：列出当前系统中的进程（包括僵尸进程）。
TOP：打印关于当提高程资源利用的信息。
PMAP：显示进程的存储器映射。
/proc：一个虚拟文件系统，以ASCII输出大量内核数据构造的内容。如cat /proc/loadavg，不雅观察Linux系统上确当前的均匀负载。
