八、Linux系统编程-进程(一)进程概念、进程数据结构、进程状态变迁、进程创建和撤销

一、什么是进程

从用户角度来说，进程是程序的一次动态执行过程；从操作系统的核心来看，进程是操作系统分配的内存、CPU时间片等资源的基本单位。每一个进程都有自己独立的地址空间与执行状态。

二、进程数据结构

进程包含以下结构：代码段+数据段+堆栈段+PCB(进程控制块)

PCB：用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。

代码段：是进程中能被进程调度程序在CPU上执行的程序代码段。

数据段：一个进程的数据段，可以是进程对应的程序加工处理的原始数据，也可以是程序执行后产生的中间或最终数据

三、进程与程序区别与联系

• 进程是动态的，程序是静态的。
• 进程的生命周期是相对短暂的，而程序是永久的。
• 进程数据结构包含PCB。
• 一个进程只能对应一个程序，一个程序可以对应多个进程。

四、进程状态变迁

一般操作系统的进程都包括以下基本运行状态。

可以概括为：进程因创建而产生，因调度而运行，因发生等待事件处于等待状态，因抢占而处于就绪状态。

Linux系统上的进程状态变迁：

五、PCB数据结构

(1)、进程描述信息

• 进程标识符用于唯一的标识一个进程。进程PID一般是一个从0开始的整数，最大值可通过cat /proc/sys/kernel/pid_max查看。

(2)、进程控制信息

• 进程当前状态(就绪，运行，等待)
• 进程优先级(支持抢占)
• 程序开始地址
• 各种计时信息(CPU使用事件等)
• 通信信息

(3)、资源信息

• 占用内存大小及管理用数据结构指针
• 交换区相关信息
• I/O设备号、缓冲、设备相关的数结构
• 文件系统相关指针

(4)、现场保护信息

• 寄存器
• PC
• 程序状态字PSW
• 栈指针

六、进程的创建和撤销

不同的操作系统所提供的进程创建原语的名称和格式不尽相同，但执行创建进程原语后，操作系统所做的工作却大致相同，都包括以下几点：

1. 给新创建的进程分配一个内部标识，在内核中建立进程结构。
2. 复制父进程的环境
3. 为进程分配资源， 包括进程映像所需要的所有元素（程序、数据、用户栈等），
4. 复制父进程地址空间的内容到该进程地址空间中。
5. 置该进程的状态为就绪，插入就绪队列。

进程终止时操作系统做以下工作：

1. 关闭软中断:因为进程即将终止而不再处理任何软中断信号；
2. 回收资源：释放进程分配的所有资源，如关闭所有已打开文件，释放进程相应的数据结构等；
3. 写记帐信息：将进程在运行过程中所产生的记帐数据（其中包括进程运行时的各种统计信息）记录到一个全局记帐文件中；
4. 置该进程为僵死状态:向父进程发送子进程死的软中断信号，将终止信息status送到指定的存储单元中；
5. 转进程调度:因为此时CPU已经被释放，需要由进程调度进行CPU再分配。