1,Linux中的进程管理
1)进程和线程
进程是资源分配的最小单位。
线程是操作系统调度执行的最小单位。
进程和线程是程序运行时状态，是动态变化的，进程和线程的管理操作(比如，创建，销毁等)都是由内核来实现的。Linux中的进程于Windows相比是很轻量级的，而且不严格区分进程和线程，线程是一种特殊的进程。
进程提供2种虚拟机制：虚拟处理器和虚拟内存
每个进程有独立的虚拟处理器和虚拟内存，每个线程有独立的虚拟处理器，同一个进程内的线程有可能会共享虚拟内存。
内核把进程的列表存放在任务队列（task list）中（双向循环链表），链表的每一项类型为task_struct,我们称之为进程描述符（process descriptor）。进程的信息主要保存在task_struct中(位于 include/linux/sched.h)，如下图所示：
2）进程的生命周期
进程各个状态之间的转化构成了进程的生命周期：
进程有五种进程状态:
除了图片上面的三种还有,_TASK_TRACED和_TASK_STOPPED。
3）进程的创建
Linux中创建进程分2步：fork()和exec()。
1， fork(): 通过拷贝当前进程创建一个子进程 (实际上最终是通过clone( ) )。
2， exec(): 读取可执行文件，将其载入到地址空间中运行 (是一个系统调用族)。
创建的流程：
1 调用dup_task_struct()为新进程分配内核栈，task_struct等，其中的内容与父进程相同。
2 check新进程(进程数目是否超出上限等)
3 清理新进程的信息(比如PID置0等)，使之与父进程区别开。
4 新进程状态置为 TASK_UNINTERRUPTIBLE
5 更新task_struct的flags成员。
6 调用alloc_pid()为新进程分配一个有效的PID
7 根据clone()的参数标志，拷贝或共享相应的信息
8 做一些扫尾工作并返回新进程指针
9 创建进程的fork()函数实际上最终是调用clone()函数。
创建线程和进程的步骤一样，只是最终传给clone()函数的参数不同。
比如，通过一个普通的fork来创建进程，相当于：clone(SIGCHLD, 0)
创建一个和父进程共享地址空间，文件系统资源，文件描述符和信号处理程序的进程，即一个线程：clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0)。
4）进程的中止
发生在进程调用exit()系统调用时
和创建进程一样，终结一个进程同样有很多步骤：
子进程上的操作，靠do_exit()完成->定义于（kernel/exit.c）
1 设置task_struct中的标识成员设置为PF_EXITING
2 调用del_timer_sync()删除内核定时器, 确保没有定时器在排队和运行
3 调用exit_mm()释放进程占用的mm_struct
4 调用sem__exit()，使进程离开等待IPC信号的队列
5 调用exit_files()和exit_fs()，释放进程占用的文件描述符和文件系统资源
6 把task_struct的exit_code设置为进程的返回值
7 调用exit_notify()向父进程发送信号，并把自己的状态设为EXIT_ZOMBIE
8 切换到新进程继续执行。
子进程进入EXIT_ZOMBIE之后，虽然永远不会被调度，关联的资源也释放 掉了，但是它本身占用的内存还没有释放，比如创建时分配的内核栈，task_struct结构等。这些由父进程来释放。父进程上的操作(release_task)
父进程受到子进程发送的exit_notify()信号后，将该子进程的进程描述符和所有进程独享的资源全部删除。
从上面的步骤可以看出，必须要确保每个子进程都有父进程，如果父进程在子进程结束之前就已经结束了会怎么样呢？
子进程在调用exit_notify()时已经考虑到了这点。如果子进程的父进程已经退出了，那么子进程在退出时，exit_notify()函数会先调用forget_original_parent()，然后再调用find_new_reaper()来寻找新的父进程。find_new_reaper()函数先在当前线程组中找一个线程作为父亲，如果找不到，就让init做父进程。(init进程是在linux启动时就一直存在的)。
5）Linux中的进程调度
现在的操作系统都是多任务的，为了能让更多的任务能同时在系统上更好的运行，需要一个管理程序来管理计算机上同时运行的各个任务（也就是进程）。这个管理程序就是调度程序，它的功能说起来很简单：
1，决定哪些进程运行，哪些进程等待
2， 决定每个进程运行多长时间
此外，为了获得更好的用户体验，运行中的进程还可以立即被其他更紧急的进程打断。总之，调度是一个平衡的过程。一方面，它要保证各个运行的进程能够最大限度的使用CPU(即尽量少的切换进程，进程切换过多，CPU的时间会浪费在切换上)；另一方面，保证各个进程能公平的使用CPU(即防止一个进程长时间独占CPU的情况)。
调度功能就是决定哪个进程运行以及进程运行多长时间。
决定哪个进程运行以及运行多长时间都和进程的优先级有关。为了确定一个进程到底能持续运行多长时间，调度中还引入了时间片的概念。
（1）关于进程的优先级
1， 进程的优先级有2种度量方法，一种是nice值，一种是实时优先级。
2 ，nice值的范围是-20～+19，值越大优先级越低，也就是说nice值为-20的进程优先级最大。
3， 实时优先级的范围是0～99，与nice值的定义相反，实时优先级是值越大优先级越高。
4， 实时进程都是一些对响应时间要求比较高的进程，因此系统中有实时优先级高的进程处于运行队列的话，它们会抢占一般的进程的运行时间。
5 ，实时优先级高于nice值。
6 ，一个进程不可能有2个优先级。
（2）关于时间片
有了优先级，可以决定谁先运行了。但是对于调度程序来说，并不是运行一次就结束了，还必须知道间隔多久进行下次调度。于是就有了时间片的概念。时间片是一个数值，表示一个进程被抢占前能持续运行的时间。也可以认为是进程在下次调度发生前运行的时间(除非进程主动放弃CPU，或者有实时进程来抢占CPU)。时间片的大小设置并不简单，设大了，系统响应变慢(调度周期长)；设小了，进程频繁切换带来的处理器消耗。默认的时间片一般是10ms。
（3）调度实现的例子
假设系统中只有3个进程
ProcessA(NI=+10)，ProcessB(NI=0)，ProcessC(NI=-10)，NI表示进程的nice值，时间片=10ms。
- 调度前，把进程优先级按一定的权重映射成时间片(这里假设优先级高一级相当于多5msCPU时间)。假设ProcessA分配了一个时间片10ms，那么ProcessB的优先级比ProcessA高10(nice值越小优先级越高)，ProcessB应该分配105+10=60ms，以此类推，ProcessC分配205+10=110ms。
- 开始调度时，优先调度分配CPU时间多的进程。由于ProcessA(10ms)，ProcessB(60ms)，ProcessC(110ms)。显然先调度ProcessC。
- 10ms(一个时间片)后，再次调度时，ProcessA(10ms)，ProcessB(60ms)，ProcessC(100ms)。ProcessC刚运行了10ms，所以变成100ms。此时仍然先调度ProcessC。
- 再调度4次后(4个时间片)，ProcessA(10ms)，ProcessB(60ms)，ProcessC(60ms)。此时ProcessB和ProcessC的CPU时间一样，这时得看ProcessB和ProcessC谁在CPU运行队列的前面，假设ProcessB在前面，则调度ProcessB。
- 10ms(一个时间片)后，ProcessA(10ms)，ProcessB(50ms)，ProcessC(60ms)。再次调度ProcessC
- ProcessB和ProcessC交替运行，直至ProcessA(10ms)，ProcessB(10ms)，ProcessC(10ms)。这时得看ProcessA，ProcessB，ProcessC谁在CPU运行队列的前面就先调度谁。这里假设调度ProcessA。
- 10ms(一个时间片)后，ProcessA(时间片用完后退出)，ProcessB(10ms)，ProcessC(10ms)。
- 再过2个时间片，ProcessB和ProcessC也运行完退出。
这个例子很简单，主要是为了说明调度的原理，实际的调度算法虽然不会这么简单，但是基本的实现原理也是类似的：
1）确定每个进程能占用多少CPU时间(这里确定CPU时间的算法有很多，根据不同的需求会不一样)
2）占用CPU时间多的先运行。
3）运行完后，扣除运行进程的CPU时间，再回到 1）。
Linux上的调度算法是不断发展的，在2.6.23内核以后，采用了“完全公平调度算法”，简称CFS。CFS算法在分配每个进程的CPU时间时，不是分配给它们一个绝对的CPU时间，而是根据进程的优先级分配给它们一个占用CPU时间的百分比。
