Linux——进程基本概念、僵尸进程与孤儿进程

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前言

此文章初步探究一下进程的基本概念，以及僵尸进程与孤儿进程，后续还会对进程有更加深入的学习。

一、进程基本概念

PCB:进程控制块(struct task_struct)，初步包含了一下几个模块：

1. PID
2. 进程状态
3. 程序计数器：保存程序即将要运行的下一条指令
4. 上下文信息：保存的是寄存器当中的数据
5. 内存指针：指向进程地址空间的指针
6. 记账信息：CPU使用时长，IO的使用以及内存的占用情况。
7. I/O状态信息：包含显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表。

1.1 程序计数器在Linux下的样子：

首先写一个非常easy的程序，我们开始gdb，在程序的第4行打下断点，让程序run起来，然后输入disassemble，我们可看到下面这张图：

我们可以看到有一个箭头指向了"0x00000000004004f1 <+4>: movl $0xa,-0x4(%rbp)"这就是程序即将要执行的下一条指令（我们先不关心这个程序到底干了什么，这里面有寄存器和它的偏移量以及汇编指令）。在gdb时候我们一般用n来逐过程，但是要调试汇编指令时候，我们需要用"ni"来调试,如图:

Q:为什么程序计数器里面要保存下一条指令呢？
答：因为当我们只有1核（也就是只有一个CPU时）多个进程时，某些时候，我们的进程可能拿不到CPU资源，当进程再次拿到CPU资源的时候，操作系统必须得知道该从哪继续执行指令，所以程序计数器里必须保存下一条指令。

1.2 上下文信息

当程序执行到绿色箭头所指向的那一行时，当此进程被其他进程站区资源而再次获取到CPU资源的时候，我们已经知道即将要执行"=>“命令，但是系统是如何知道”%edx和%eax"这两个寄存器里面的值呢？这就引出了PCB另一个模块，上下文信息。

通过以上例子我们就不难得出，上下文信息里面保存的是寄存器里面的数据。

1.3 内存指针

对于内存指针，学习过c/c++的过程中时常提到"程序地址空间"这个词，和PCB里的内存指针基本相同，只不过命名为进程地址空间。

二、进程创建

所谓的进程创建就是让进程再去创建出来一个子进程：

1. getpid():获取进程的PID，是谁调用的就获取谁的。
2. getppid():获取进程的父进程的PID,谁调用获取谁的父进程ID
3. pid_t fork(void)：(1)没有参数，有返回值，属于系统调用函数。
   (2)返回值有两个：一个返回给父进程，一个返回给子进程。

当进程创建失败的时候返回-1
当进程创建成功的时候才有2种返回值：
4. ==0时，返回给子进程
5. >0时，返回给父进程

下面我们来看看基本的例子：

上述程序执行的结果为：

回答2个问题：

1. 子进程到底是从fork这行代码开始运行，还是从fork之后的代码开始运行？为什么？
   答：当父进程在执行完fork指令的时候，程序计数器保存的是fork之后下一条即将执行的指令。当子进程拷贝父进程的PCB时,自然也就将程序计数器的信息拷贝走了，所以子进程是从fork这行代码之后开始运行的。

2.到底是子进程先运行还是父进程先运行？
答：不确定，因为只有一个CPU多个进程的时候，是抢占式运行的。

三、僵尸状态和僵尸进程

3.1 ‍♂️进程的模拟

所谓的僵尸进程就是让父进程死循环并且子进程退出。在这时候父进程如果不调用wait()或者waitpid()接口的，对子进程的状态不关心，这样导致了子进程的资源没有被释放，形成一种‍♂️（僵尸进程）。

下面我们来模拟一下：

测试结果为：

3.2 ‍♀️的危害（僵尸进程的危害）

僵尸进程不工作，但是会浪费掉系统资源（除了1号进程）：由于父进程没有尽职尽责，对子进程的状态视而不管，导致子进程没有被及时回收，成为僵死状态，浪费资源。

3.3 如何处理

1. 重启操作系统（ps:老实说，这种方法很简单，but多多少少有点脑残）
2. 使用kill命名干掉父进程：不推荐这么搞，因为子进程会被1号进程领养，1号进程回收子进程的资源。我们所举的例子父进程只有一个子进程，如果子进程有好几个，把父进程kill了，有可能其他的子进程就出问题了。
3. 进程控制——进程等待。

四、孤儿进程

所谓的孤儿进程就是父进程先于子进程退出，子进程就没了爹，成了孤儿进程，被1号进程所领养了（1号进程会回收子进程的资源）

下面我们测试一下：

Notes:没有孤儿状态这一说法！！