CPU 和 Linux 进程

进程与线程

进程应该是Linux中最重要的一个概念。进程运行在CPU上，是所有硬件资源分配的对象。Linux中用一个task_struct的结构来描述进程，描述了进程的各种信息、属性、资源。

Linux中进程的生命周期和它们涉及的调用：

1）父进程调用fork() 产生一个新的子进程；

2）子进程调用exec() 指定自己要执行的代码；

3）子进程调用exit() 退出，进入zombie状态；

4）父进程调用wait()，等待子进程的返回，回收其所有资源；

线程

是一个执行单元，同一进程中所有线程，共享进程的资源。线程一般称为 LWP(Light Weight Process)轻量级进程。所以期限线程没有那么神秘，我们可以将其当做特殊的进程来看待。

进程的优先级和nice

进程的调度，涉及到进程的优先级。优先级使用nice level来表示，其值范围：19 ~ -20。值越小，优先级越大，默认为0.

一般如果我们想降低某个线程被调度的频率，就可以调高它的nice值(越nice，就越不会去争用CPU)。

进程的 context switch:

进程上下文切换，是一个极为重要的概念，因为他对性能影响极大。进程的调度，级涉及到进程上下文的切换。上下文切换，是指将进程的所有的信息，从CPU的register中flush到内存中，然后换上其它进程的上下文。频繁的上下文切换，将极大的影响性能。

CPU中断处理

CPU的中断处理是优先级最高的任务之一。中断分为：hard interrupte 和 soft interrupt.

因为中断发生，就会去运行中断处理程序，也就导致了context switch，所以过多的中断也会导致性能的下降。

进程的各种状态

进程的各种状态，一定要搞清楚他们的含义，不然后面进程的 load average(top命令和uptime命令)等各种信息会看不懂。

1）TASK_RUNNING: In this state, a process is running on a CPU or waiting to run in the queue (run queue).

2）TASK_STOPPED: A process suspended by certain signals (for example SIGINT, SIGSTOP) is in this state. The process is waiting to be

resumed by a signal such as SIGCONT.

3）TASK_INTERRUPTIBLE: In this state, the process is suspended and waits for a certain condition to be satisfied. If a process is in

TASK_INTERRUPTIBLE state and it receives a signal to stop, the process state is changed and operation will be interrupted. A typical

example of a TASK_INTERRUPTIBLE process is a process waiting for keyboard interrupt.

4）TASK_UNINTERRUPTIBLE: Similar to TASK_INTERRUPTIBLE. While a process in TASK_INTERRUPTIBLE state can be interrupted,

sending a signal does nothing to the process in TASK_UNINTERRUPTIBLE state. A typical example of a TASK_UNINTERRUPTIBLE

process is a process waiting for disk I/O operation.

5）TASK_ZOMBIE: After a process exits with exit() system call, its parent should know of the termination. In TASK_ZOMBIE state, a

process is waiting for its parent to be notified to release all the data structure.

除了 TASK_RUNNING 中的进程可能在运行之外，其它状态的进程都没有在运行。但是其实 TASK_UNINTERRUPTIBLE 比较特殊，它其实可以看做是在运行的，因为他是在等待磁盘操作完成，所以其实从系统的角度，而不是从进程的角度而言，其实系统是在为进程运行的。这也就是为什么 load average 中的数值，是包括了 TASK_RUNNING 和 TASK_UNINTERRUPTIBLE 两种状态的进程的平均值。

进程如何使用内存

进程的运行，必须申请和使用内存，最重要的包括堆和栈：

进程使用的内存，可以用 pmap, ps 等待命令行来查看。

其中最重要的 heap segment 和 stack segment。其它内存段基本是大小固定的。注意stack是向低地址增长的，和heap相反。另外进程的内存地址从0开始，是因为使用的是虚拟内存。所以存在虚拟内存到物理内存的映射。

Linux 虚拟内存

Linux是通过虚拟内存的方式来管理内存的。虚拟内存和物理内存之间存在映射关系。当进程在CPU上运行时，虚拟内存就会映射到物理内存，供CPU来访问。