1. 进程概念
- 内核功用：进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动程序、 安全功能等
- Process: 运行中的程序的一个副本，是被载入内存的一个指令集合 进程ID（Process ID，PID）号码被用来标记各个进程 UID、 GID、和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限 通常从执行进程的用户来继承 它存在生命周期
- task struct：Linux内核存储进程信息的数据结构格式
- task list：多个任务的的task struct组成的链表
- 进程创建： init：第一个进程 进程：都由其父进程创建，父子关系，CoW,fork(), clone()
1.1. 注意：
- 进程和不是程序，它是程序加载到内存中之后进行运行的各种指令操作的集合
- 程序运行时先将它加载到内核空间内存中，然后再将它分配到用户空间内存中中，此时相当于系统分配给它一个独立的内存空间。这时候它便成为了进程，并且和其他的进程相互隔离。它认为自己独占了整个内存空间（虚拟出来的内存，并非真实的内存空间），并在此基础上进行操作。实际上它占用的只是系统给它分配的一小块内存空间而已。
- 进程运行时会随机分配一个进程编号，运行结束之后会被会被回收。它运行时就相当于一个资源的集合，有自己的独立的内存，能读取数据进去，有自己的二进制执行程序命令，包括很多县城等等。
- 进程内部真正执行操作计算的是线程，一个线程就是各种指令的集合。一个进程内至少有一个线程，可以有多个。
- 进程的生命周期有长期的（后台进程），有一次性短期运行的（前台进程）。比如说开机就开始运行的init进程，还有cat ls等程序的进程。
- task struct : 一个数据结构，包含了进程的各种元数据。
- 创建子进程如果用clone()函数，就会产生CoW（写时复制）方式，类似逻辑卷中的快照：只有子进程中对数据进行修改了，才会重新创建一个不同的数据存放于子进程中。而数据并未更改时它和父进程指向同一个数据，共用此数据。(最开始学习中的小括号开启子进程，小括号内局部变量如果不赋值，仍然和父进程的变量内容一样就是这个原因)
- 协程就是多个命令的集合代码块（类似函数），多个协程组成一个线程。进程中线程的执行顺序的优先级是由操作系统内核来调度的，而CPU在同一时间只能运行一个线程。我们人看到进程的执行感觉它是同时执行的，其实它只是利用CPU的时间频率分成了多个时间段，然后一个时间段执行一个线程，由内核调度，不论是否完成这个线程，只要时间段一到，它就会切换到另一个线程进行运行，保存当前线程的状态，这也就是所谓的上下文切换（注意，线程切换可以是不同进程的线程，也就相当于切换了不同的进程）。因为CPU频率极快，因此我们看起来它貌似是同步执行了多个进程。
- 上下文切换会造成CPU内的当前线程（或进程）缓存数据（L1,L2,L3）失效，相比于CPU的运算时间，这个代价非常巨大，因此要尽量避免上下文切换进行优化。
1.2. 进程，线程和协程
1.3. 进程相关概念
Page Frame: 页框，用存储页面数据，存储Page 4k （也就是进程使用的内存空间，类似磁盘的块block)
物理地址空间和线性地址空间：物理上的实际内存和应用程序使用时认为的虚拟内存（相当于偏移地址）
MMU：Memory Management Unit 负责转换线性和物理地址，CPU内的内存管理单元
TLB：Translation Lookaside Buffer 翻译后备缓冲器,用于保存虚拟地址和物理地址映射关系的缓存
LRU：Least Recently Used ：内存保存数据的算法，被叫做近期最少使用算法,用于释放内存，它的工作原理就是把最新使用的数据存放到内存空间靠前的位置。
比如说一个数据存入内存，如果内存中已经存在此数据，则把它的位置提前到内存空间起始位置，如果没有，则存入，并把内存空间终止位置保存的的数据给丢弃（类似堆栈）。
1.4. 用户和内核空间
1.5. 进程的基本状态和转换
1.6. 进程的基本状态
- 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB(process control block进程控制块)，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
- 就绪状态：进程已准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
- 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
- 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
- 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行
1.7. 状态之间转换情况
- 运行——>就绪：1，主要是进程占用CPU的时间过长，而系统分配给该进程占用CPU的时间是有限的；2，在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高优先级的进程要运行时，该进程就被迫让出CPU，该进程便由执行状态转变为就绪状态
- 就绪——>运行：运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU
- 运行——>阻塞：正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，如发生了I/O请求
- 阻塞——>就绪:进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列
- 以下两种状态是不可能发生的：
- 阻塞——>运行：即使给阻塞进程分配CPU，也无法执行，操作系统在进行调 度时不会从阻塞队列进行挑选，而是从就绪队列中选取
- 就绪——>阻塞：就绪态根本就没有执行，谈不上进入阻塞态
2. IPC进程间通信
IPC: Inter Process Communication
2.1. 同一主机：
pipe 管道
socket 套接字文件
signal 信号
shm shared memory
semaphore 信号量，一种计数器
2.2. 不同主机：
socket IP和端口号
RPC remote procedure call
MQ 消息队列，如：Kafka，RabbitM Q，ActiveMQ
- 单一主机通讯用socket文件，全双工；跨网络通讯用socket套接字协议。
2.3. 进程优先级
- 系统优先级：数字越小，优先级越高
0-139：各有140个运行队列和过期队列- 实时优先级: 99-0 值最大优先级最高
- nice值：-20到19，对应系统优先级100-139
- Big O：时间复杂度，用时和规模的关系
O(1), O(logn), O(n)线性, O(n^2)抛物线, O(2^n)
O(1)比较优先级大小的方式：
- 通过140个编号的优先级队列以及140个过时优先级队列，将优先级编号相同的进程放在对应的优先级栈中（一个优先级栈可以放多个进程，从左往右执行），然后从最小值（最高优先级）的队列开始执行。
- 当时间片到而此运行队列中的正在执行的进程没有执行完毕时，便会保存当前进程状态并将此进程放入相同优先级编号过期队列中，然后继续执行当前优先级队列中的剩余进程（一个进程在时间片内执行完了就释放，没有执行完同样放入过期优先级队列中），直到此队列的所有进程全部执行一遍，将此队列清空
- 此时查看此队列相同编号的过时优先级队列，里面如果有进程，则将此队列的与过期优先级队列互换身份，此运行队列变成过期优先级队列，而过期优先级队列变成正在执行的运行队列。然后重复2中步骤直到此队列的所有进程全部执行完毕并且释放
- 接下来就是执行下一个最高优先级队列里面的进程了，重复1-4步骤。
2.4. Linux内核：抢占式多任务
2.5. 进程类型：
- 守护进程: daemon,在系统引导过程中启动的进程，和终端无关进程
- 前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程
- 后台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程，但是在终端的后台运行；注意后台进程当终端关闭后也同样会关闭，它和守护进程并不相同。
注意：两者可相互转化
2.6. 进程状态：
- 运行态：running
- 就绪态：ready
- 睡眠态：
- 可中断：interruptable ：可中断睡眠状态是系统中进程最多的状态
- 不可中断：uninterruptable
- 停止态：stopped,暂停于内存，但不会被调度，除非手动启动
- 僵死态：zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭
注意僵死态的进程已经结束了，但是仍然占用部分资源，kill命令无法再次关闭它，最好的方法就是杀掉父进程或者重启系统。
2.7. 进程的分类：
CPU-Bound：CPU密集型，非交互 ：比如编译 IO-Bound：IO密集型，交互 ：网络吞吐，磁盘读写
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