Linux进程管理

C程序内存布局
Process vs. Thread
任务控制(PCB)
算法与调度
未完待续
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C程序内存布局

区域	解释
Text	代码指令区，通常只读，内存地址中通常比Heap和Stack低，以防止堆栈溢出，造成误写操作
Data	初始化数据区, 可读写，包含全局和静态变量, 可进一步分为只读区域，和读写区域
bss	“Block started by symbol”, 未出初始化据区
Stack	栈区，通常在高位内存地址, 向低位增长, LIFO, 自动变量和stack frame(函数调用的register，临时变量，返回地址等)存储地方
Heap	堆区，相邻栈区，通常在低位内存地址，想高位增长, malloc, realloc, free

os_c_program_memory_layout_1

当然以上只是逻辑上的连续区域，但在实际内存中，每一块可能映射到不同的内存地址上。当内存不不足时，OS可以将部分内容swap到硬盘HD上。

os_c_program_memory_layout_2

你可以通过size命令查看Object文件Section大小

os_size_command

Process vs. Thread

“a program in execution. A process is the unit of work in a modern time-sharing system”

进程(Process/Job): 运行中的程序，进程是现代分时系统的工作单元(例如运行中的QQ，浏览器，Xcode，邮件等）。

“A thread is a basic unit of CPU utilization; it comprises a thread ID, a program counter, a register set, and a stack. It shares with other threads belonging to the same process its code section, data section, and other operating-system resources, such as open files and signals”

线程(Thread): CPU使用的基本单元。包含线程ID，PC，计数器，线程栈。同一个进程中的多线程共享程序执行文件的代码(code section，data section), 系统的其他资源打开文件，sigal也会共享。

“In Solaris, for example, creating a process is about thirty times slower than is creating a thread, and context switching is about five times slower.”

线程的开销要比进程少，在Solaris，系统中创建线程要比进程快30x，上下文切换要快5x

os_single_thread_vs_multithread

PS：每一个CPU内核，一次只能执行一个进程中的一个线程

任务控制(PCB)

PCB主要用于进程切换时保存和恢复所需要的信息，具体设计取决于操作系统，但是，基本上会包含一下基本信息：

PCB	解释
process ID	进程ID
Pointer	父进程ID
process state	进程状态，new，ready, waiting, running, terminated
program counter	指令指针
CPU registers	记录进程恢复运行需要的信息
CPU scheduling info	包括进程优先级，
Memory management info	内存管理信息，分表或者内存限制等。
Accounting info	进程资源使用信息，例如CPU使用量
I/O status	进程使用的I/O设备，例如打开的文件等。

PS：更多见linux code

算法与调度

目前，操作系统主要使用抢占式调用。因为抢占信号可能随时会发生，而且操作系统不可能拒绝所有中断信号。不然键盘输入可能会被忽略，或者一些数据可能会被覆盖。

尽管CPU调度应该越快越好，但是调度者必须要停止一个进程，保存进程状态。加载执行另一个进程。这中间的时间叫做派遣延迟(dispatch latency)

CPU调度标准主要考虑，CPU利用率，吞吐量(单位时间完成的任务数)，进程结束总耗时，进程等待时间，进程第一次相应时间。(CPU Utilization, Throughput, Turnaround time, Waiting time, Response Time)

调度算法	解释	举例
FCFS(Fisrt-Come, First-Served)	先到先得模式, 非抢占式，采用FIFO队列就可实现, 优势是容易实现和理解。缺点就是平觉等待市场通常比较长而且波动较大	例如[24][1][1][1]第一个任务执行24ms之后，后面的才执行。如果最小的任务在前面，那么就可以达到优化，也就是下面的算法。
SJF(Shortest-Job-First)	接下来最短时间优先模式，抢占与否均可，如果是非抢占式，就变成了最短剩余时间优先，优势进程拥有较小的平均等待时间，劣势是如何评估进程下次CPU利用时间，不过可以通过已有的进程执行情况进行预测。	SJF是下面优先级模式的一个特例
Priority	优先级优先模式，抢占与否均可，缺点是可能会导致低优先级进程永远无法被执行，可以通过进程提交时间，渐渐递增其优先级	传言称，1973年，MIT关闭IBM7094时，发现一个1967年提交的低优先级进程还没有被执行
RR(Round-Robin)	轮询模式，抢占式，转为分时系统设计，与FCFS类似，但是每个任务加上了时间配额, 通常10-100ms。缺点时平均等待时间通常比较长	该算法的性能严重依赖时间配额大小，时间过大，就变成了FCFS，太小会引入过多的进程切换。通常，%80的CPU时间应该少于时间配额
Multilevel Queue	多任务队列模式，每个队列拥有各自的调度模式。多个队列之间可以用高优先级抢占模式(高优先级队列永远最先执行)或者时间额度分配模式(高优先级分配较多的时间配额)	前台应用%80时间配额，采用RR模式和后台应用%20时间配额，采用FCFS模式
Multilevel Feedback Queue	多任务队列+反馈模式，和上一个不同，允许进程改变所在队列