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Linux系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的操作系統(tǒng)之一。其特點(diǎn)是開放源代碼，易于定制化和擴(kuò)展，同時(shí)也可以提供高安全性和高穩(wěn)定性的運(yùn)行環(huán)境。由于Linux系統(tǒng)是多任務(wù)操作系統(tǒng)，它可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程。在進(jìn)程切換方面，Linux系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)化技術(shù)，本文將分析這些技術(shù)，為讀者全面解析Linux系統(tǒng)進(jìn)程切換。
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一. 進(jìn)程管理
在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程是操作系統(tǒng)分配的最小資源單元。每個(gè)進(jìn)程都有自己的一組私有內(nèi)存空間、寄存器、程序計(jì)數(shù)器、文件描述符和進(jìn)程ID等所有必要信息。進(jìn)程管理是Linux系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組成部分，它負(fù)責(zé)為每個(gè)進(jìn)程分配必要的資源并執(zhí)行進(jìn)程之間的調(diào)度。同時(shí)，在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程管理通常也會(huì)涉及到進(jìn)程切換。
二. 進(jìn)程切換是什么？
進(jìn)程切換可以理解為在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，CPU將其執(zhí)行的當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)行中斷并掛起，進(jìn)而執(zhí)行另一個(gè)處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程。在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程切換應(yīng)該包含以下幾個(gè)步驟：
1. 保存當(dāng)前進(jìn)程的上下文
2. 選擇下一個(gè)就緒的進(jìn)程
3. 更換進(jìn)程的上下文
4. CPU開始運(yùn)行新的進(jìn)程
三. 進(jìn)程切換的原因
Linux系統(tǒng)之所以需要進(jìn)行進(jìn)程切換，是因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程都需要占用一個(gè)CPU時(shí)間片才能執(zhí)行。在多任務(wù)系統(tǒng)中，為了能讓多個(gè)進(jìn)程都能得到相應(yīng)的CPU時(shí)間片，操作系統(tǒng)需要及時(shí)進(jìn)行進(jìn)程切換并將CPU時(shí)間片輪流分配給各個(gè)進(jìn)程，保持各個(gè)進(jìn)程得到平衡的資源利用。
另外，進(jìn)程切換也是為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)某個(gè)進(jìn)程因?yàn)楫惓?、錯(cuò)誤或者個(gè)人嗜好等主動(dòng)放棄CPU時(shí)間片時(shí)，進(jìn)程切換機(jī)制需要在很短的時(shí)間內(nèi)找到另一個(gè)有能力的進(jìn)程進(jìn)行繼續(xù)執(zhí)行。此外，進(jìn)程切換也可以保證操作系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)或其他惡意的進(jìn)程行為。
四. 進(jìn)程切換的機(jī)制
在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程切換的機(jī)制包含軟件中斷、硬件中斷、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、多級(jí)反饋隊(duì)列等多種技術(shù)。
1. 軟件中斷
軟件中斷是系統(tǒng)內(nèi)核軟件主動(dòng)發(fā)起的一種中斷類型，它通常用于操作系統(tǒng)或用戶程序請求內(nèi)核提供服務(wù)的場景。在Linux系統(tǒng)中，軟件中斷的觸發(fā)通常會(huì)引起對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)被實(shí)時(shí)調(diào)用，這些處理函數(shù)通常是基于內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用、IO操作和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接等功能。
軟件中斷通常可以實(shí)現(xiàn)非?？焖俚倪M(jìn)程切換，因?yàn)長inux系統(tǒng)的中斷處理時(shí)間非常短，通常只需要幾微秒即可完成。但是軟件中斷需要擁有充足的CPU資源，也需要處理被中斷進(jìn)程新的上下文環(huán)境，存在它會(huì)對(duì)CPU效率造成一定影響。
2. 硬件中斷
硬件中斷是由外部硬件設(shè)備（如網(wǎng)卡、磁盤控制器等）發(fā)起的中斷。在Linux系統(tǒng)中，當(dāng)硬件設(shè)備有數(shù)據(jù)就緒或異常情況發(fā)生時(shí)，它可以通過發(fā)送硬件中斷來提醒系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行相應(yīng)的處理。硬件中斷的觸發(fā)通常會(huì)引起對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)被實(shí)時(shí)調(diào)用，這些函數(shù)會(huì)清理相關(guān)的硬件故障，并向內(nèi)核報(bào)告處理結(jié)果和狀態(tài)。
硬件中斷在Linux系統(tǒng)中可以幫助操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非?？焖俚倪M(jìn)程切換，特別是在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸場景下，硬件中斷可以幫助系統(tǒng)獲得更高的吞吐量和更優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸效率。
3. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)
時(shí)間片輪轉(zhuǎn)是一種基于時(shí)間片的進(jìn)程調(diào)度策略，它根據(jù)的是操作系統(tǒng)提供的全局時(shí)間片以實(shí)施線性數(shù)學(xué)計(jì)算，以最小的CPU資源實(shí)現(xiàn)更大的進(jìn)程響應(yīng)速度。時(shí)間片通常是由系統(tǒng)設(shè)定好的全局時(shí)間單元，當(dāng)這個(gè)時(shí)間片結(jié)束后，進(jìn)程根據(jù)優(yōu)先級(jí)和已用時(shí)間片大小來進(jìn)行排序，按照優(yōu)先級(jí)大小重新排一個(gè)進(jìn)程列表。然后，操作系統(tǒng)會(huì)選擇優(yōu)先級(jí)更高的進(jìn)程執(zhí)行，這個(gè)過程會(huì)迭代進(jìn)行，以完成運(yùn)行隊(duì)列中的所有進(jìn)程。
時(shí)間片輪轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)比較公平的CPU時(shí)間片分配，但是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要進(jìn)行頻繁的時(shí)間片計(jì)算和換進(jìn)換出操作，因此在大規(guī)模高并發(fā)場景下有可能影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
4. 多級(jí)反饋隊(duì)列
多級(jí)反饋隊(duì)列是一種變級(jí)進(jìn)程調(diào)度策略，它根據(jù)進(jìn)程的特點(diǎn)劃分為若干個(gè)進(jìn)程組，再對(duì)每個(gè)組設(shè)置不同的時(shí)間片大小和調(diào)度算法。在多級(jí)反饋隊(duì)列中，進(jìn)程被分為若干個(gè)就緒隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列給予一定的時(shí)間片，它們的時(shí)間片按照優(yōu)先級(jí)遞減的規(guī)律設(shè)計(jì)。
在多級(jí)反饋隊(duì)列中，操作系統(tǒng)通過改變它們的調(diào)度算法，以達(dá)到更高的資源利用率和更好的進(jìn)程響應(yīng)性能。另外，多級(jí)反饋隊(duì)列也可以按照進(jìn)程的不同類型進(jìn)行分類和劃分，以支持Linux系統(tǒng)的不同應(yīng)用場景。
五. 進(jìn)程切換影響因素
在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程切換雖然可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，并且有助于保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。但是，進(jìn)程切換也需要消耗系統(tǒng)的有限資源，例如CPU時(shí)間片、內(nèi)存等。并且，進(jìn)程切換的開銷也取決于多個(gè)因素的互動(dòng)，例如操作系統(tǒng)版本、系統(tǒng)中運(yùn)行的應(yīng)用程序數(shù)量、進(jìn)程切換算法等。
下面列出一些可能影響Linux系統(tǒng)進(jìn)程切換的因素。
1. 進(jìn)程數(shù)量
當(dāng)系統(tǒng)中運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)量增加時(shí)，進(jìn)程切換的開銷將隨之增加。這是因?yàn)榍袚Q進(jìn)程時(shí)需要保存和恢復(fù)進(jìn)程的上下文環(huán)境，如果進(jìn)程數(shù)量過多，操作系統(tǒng)需要進(jìn)行更多的上下文切換，這就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)負(fù)載和性能下降。
2. CPU密集型應(yīng)用
CPU密集型應(yīng)用通常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)頻繁使用CPU資源，因此會(huì)在新進(jìn)程執(zhí)行之前很快耗盡原進(jìn)程的CPU時(shí)間片。這將導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)常進(jìn)行進(jìn)程切換，并且影響系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。
3. IO密集型應(yīng)用
IO密集型應(yīng)用需要頻繁地訪問外部設(shè)備（硬盤、網(wǎng)卡等），因此需要等待一定時(shí)間才能進(jìn)行操作，這會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程長時(shí)間處于“等待”狀態(tài)。這種場景下，進(jìn)程切換執(zhí)行成本將會(huì)增加，因?yàn)榍袚Q的進(jìn)程需要重新等待設(shè)備的復(fù)雜操作。
4. 內(nèi)存使用
Linux系統(tǒng)需要為每個(gè)運(yùn)行的進(jìn)程分配相應(yīng)的內(nèi)存空間。隨著進(jìn)程規(guī)模的增加，Linux系統(tǒng)需要處理更多的內(nèi)存分配請求和釋放操作，這將導(dǎo)致進(jìn)程切換的調(diào)度和開銷等都會(huì)增加。
六.
本文為讀者全面解析了Linux系統(tǒng)進(jìn)程切換的相關(guān)內(nèi)容，包括進(jìn)程管理、進(jìn)程切換的原因、機(jī)制以及可能的影響因素等。在設(shè)計(jì)和開發(fā)高性能、高穩(wěn)定性的Linux應(yīng)用程序時(shí)，我們需要理解Linux系統(tǒng)中進(jìn)程切換的工作原理和局限性。同時(shí)，我們可以通過使用合適的并發(fā)編程模式、調(diào)度算法和資源管理策略等方法升級(jí)進(jìn)程切換效率，并提高系統(tǒng)的整體性能。
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- Linux系統(tǒng)中如何創(chuàng)建,編輯,保存文本?如何查看網(wǎng)卡狀態(tài)?如何查看進(jìn)程狀態(tài)和結(jié)束進(jìn)程？
Linux系統(tǒng)中如何創(chuàng)建,編輯,保存文本?如何查看網(wǎng)卡狀態(tài)?如何查看進(jìn)程狀態(tài)和結(jié)束進(jìn)程？
1樓說得很詳細(xì)了
創(chuàng)建文本 2種迅纖方式 touch test.txt(其他格式的文件也行）
編輯使用 vi命令，vi test.txt ，編輯完成后使用ESC鍵切換到最后行模式，輸入：wq 按enter鍵保存
查看進(jìn)程可以使用 ps 帶命令模式 一般有 ps -def 或者 ps aux ，當(dāng)要查看特定進(jìn)程可以使用管道| 和過濾一起使用，比如我要查看server的進(jìn)程，命令為：ps aux | grep server
查看進(jìn)程后打印出來的PID就是該進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，可以使用kill命令進(jìn)行殺死 ，ps aux | grep server出來server 進(jìn)程PID=1000，使用kill 1000來殺死，然后再ps aux | grep server查看是否有該進(jìn)程
必要的時(shí)候使用kill強(qiáng)制殺死緩銷(該命令是擾昌游調(diào)用的信號(hào)）
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