烤面筋的第七场

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Question One:请问线程需要保存哪些上下文,SP、PC、EAX这些寄存器是干嘛用的

线程在切换的过程中需要保存当前线程Id、线程状态、堆栈、寄存器状态等信息。其中寄存器主要包括SP PC EAX等寄存器,其主要功能如下:

SP:堆栈指针,指向当前栈的栈顶地址

PC:程序计数器,存储下一条将要执行的指令

EAX:累加寄存器,用于加法乘法的缺省寄存器


Question Two:请你说一说进程状态转换图,动态就绪,静态就绪,动态阻塞,静态阻塞

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1)创建状态:进程正在被创建

2)就绪状态:进程被加入到就绪队列中等待CPU调度运行

3)执行状态:进程正在被运行

4)等待阻塞状态:进程因为某种原因,比如等待I/O,等待设备,而暂时不能运行。

5)终止状态:进程运行完毕


Question Three:请你说一下僵尸进程

1)正常进程

正常情况下,子进程是通过父进程创建的,子进程再创建新的进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束。 当一个进程完成它的工作终止之后,它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。

unix提供了一种机制可以保证只要父进程想知道子进程结束时的状态信息, 就可以得到:在每个进程退出的时候,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等。 但是仍然为其保留一定的信息,直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放。保存信息包括:

1进程号the process ID

2退出状态the termination status of the process

3运行时间the amount of CPU time taken by the process等

2)孤儿进程

一个父进程退出,而它的一个或多个子进程还在运行,那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养,并由init进程对它们完成状态收集工作。

3)僵尸进程

一个进程使用fork创建子进程,如果子进程退出,而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息,那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程。

僵尸进程是一个进程必然会经过的过程:这是每个子进程在结束时都要经过的阶段。

如果子进程在exit()之后,父进程没有来得及处理,这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理,可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态,但这并不等于子进程不经过僵尸状态。

如果父进程在子进程结束之前退出,则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理。

危害:

如果进程不调用wait / waitpid的话, 那么保留的那段信息就不会释放,其进程号就会一直被占用,但是系统所能使用的进程号是有限的,如果大量的产生僵死进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程。

外部消灭:

通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号消灭产生僵尸进程的进程,它产生的僵死进程就变成了孤儿进程,这些孤儿进程会被init进程接管,init进程会wait()这些孤儿进程,释放它们占用的系统进程表中的资源

内部解决:

1、子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号,父进程处理SIGCHILD信号。在信号处理函数中调用wait进行处理僵尸进程。

2、fork两次,原理是将子进程成为孤儿进程,从而其的父进程变为init进程,通过init进程可以处理僵尸进程。


Question Four:请你来介绍一下5种IO模型

1.阻塞IO:调用者调用了某个函数,等待这个函数返回,期间什么也不做,不停的去检查这个函数有没有返回,必须等这个函数返回才能进行下一步动作
2.非阻塞IO:非阻塞等待,每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。
3.信号驱动IO:信号驱动IO:linux用套接口进行信号驱动IO,安装一个信号处理函数,进程继续运行并不阻塞,当IO时间就绪,进程收到SIGIO信号。然后处理IO事件。
4.IO复用/多路转接IO:linux用select/poll函数实现IO复用模型,这两个函数也会使进程阻塞,但是和阻塞IO所不同的是这两个函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。知道有数据可读或可写时,才真正调用IO操作函数
5.异步IO:linux中,可以调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式,然后立即返回,当内核将数据拷贝到缓冲区后,再通知应用程序。


Question Five:请你回答一下fork和vfork的区别

fork:创建一个和当前进程映像一样的进程可以通过fork( )系统调用:

成功调用fork( )会创建一个新的进程,它几乎与调用fork( )的进程一模一样,这两个进程都会继续运行。在子进程中,成功的fork( )调用会返回0。在父进程中fork( )返回子进程的pid。如果出现错误,fork( )返回一个负值。

最常见的fork( )用法是创建一个新的进程,然后使用exec( )载入二进制映像,替换当前进程的映像。这种情况下,派生(fork)了新的进程,而这个子进程会执行一个新的二进制可执行文件的映像。这种“派生加执行”的方式是很常见的。

在早期的Unix系统中,创建进程比较原始。当调用fork时,内核会把所有的内部数据结构复制一份,复制进程的页表项,然后把父进程的地址空间中的内容逐页的复制到子进程的地址空间中。但从内核角度来说,逐页的复制方式是十分耗时的。现代的Unix系统采取了更多的优化,例如Linux,采用了写时复制的方法,而不是对父进程空间进程整体复制。


在实现写时复制之前,Unix的设计者们就一直很关注在fork后立刻执行exec所造成的地址空间的浪费。BSD的开发者们在3.0的BSD系统中引入了vfork( )系统调用。

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t vfork(void);

除了子进程必须要立刻执行一次对exec的系统调用,或者调用_exit( )退出,对vfork( )的成功调用所产生的结果和fork( )是一样的。vfork( )会挂起父进程直到子进程终止或者运行了一个新的可执行文件的映像。通过这样的方式,vfork( )避免了地址空间的按页复制。在这个过程中,父进程和子进程共享相同的地址空间和页表项。实际上vfork( )只完成了一件事:复制内部的内核数据结构。因此,子进程也就不能修改地址空间中的任何内存。

vfork( )是一个历史遗留产物,Linux本不应该实现它。需要注意的是,即使增加了写时复制,vfork( )也要比fork( )快,因为它没有进行页表项的复制。然而,写时复制的出现减少了对于替换fork( )争论。实际上,直到2.2.0内核,vfork( )只是一个封装过的fork( )。因为对vfork( )的需求要小于fork( ),所以vfork( )的这种实现方式是可行的。


fork和vfork的区别:

  1. fork( )的子进程拷贝父进程的数据段和代码段;vfork( )的子进程与父进程共享数据段
  2. fork( )的父子进程的执行次序不确定;vfork( )保证子进程先运行,在调用exec或exit之前与父进程数据是共享的,在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。
  3. vfork( )保证子进程先运行,在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁。

4.当需要改变共享数据段中变量的值,则拷贝父进程。