Linux下进程及其相关概念理解
目录
何为进程？
task_struct 中存储了什么进程信息？
如何查看进程？
如何获取进程pid？
如何创建子进程？
为什么返回值如此呢？
为什么有两个返回值？
进程状态
进程的一般状态
运行态
终止态
阻塞态
挂起态
Linux下进程的状态（+表前台）
进程优先级
既然有优先级，那为什么需要运行队列排队呢？
基本概念
何为进程？
进程概念：正在执行的程序
对操作系统而言，OS要对进程做管理，OS用PCB（process control block）来描述进程，PCB是存储进程内部属性的内核数据结构，在Linux下，OS用struct task_struct结构体来描述进程。
在linux2.6源码中可以查到，sched.h中用task_struct描述进程
那么进程本质是什么呢？
进程本质是可执行程序和对应的内核数据结构。
task_struct 中存储了什么进程信息？
标识符（pid）:进程在系统中的唯一标识符
状态：进程状态，退出码，退出信号
优先级：描述进程获取资源的先后顺序
程序计数器：程序将执行的下一条指令的地址
内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，和其他进程共享的内存的指针
上下文数据：进程运行中CPU中寄存器存储的进程的相关数据
其他：进程的当前路径
如何查看进程？
1.命令：ps axj
比如使用 ps axj ｜head -1 && ps axj｜grep ‘mytest’ |grep -v grep查看系统中的mytest进程
&& ：逻辑与，前面命令执行成功了才执行后面的
2.在/proc 内存文件系统中查看当前系统实时的进程信息
当中蓝色数字是进程的pid，即每个进程在系统中的唯一标识符
进入对应进程文件可以看到
exe ：进程对应的可执行程序的磁盘文件
cwd ：进程当前的工作路径
如何获取进程pid？
1.使用系统调用getpid获取进程pid，使用getppid 获得父进程的pid
注意：几乎命令行上所有指令都是bash进程的子进程
2.使用ps axj命令查看，第二个数字是PID
当我们需要子进程协助父进程工作，或者希望子进程执行与父进程不同的功能的时候，需要创建子进程。
如何创建子进程？
使用fork函数（系统调用）：
fork之后父子进程共享执行后续的代码，子进程继承父进程的数据，父子进程代码共享，数据各自独立。
fork调用成功时，返回子进程pid给父进程，返回0给父进程，调用失败时返回-1
为什么返回值如此呢？
父进程必须有标识子进程的方案，fork之后给父进程返回子进程pid
子进程最重要的是知道自己创建成功，因为子进程找父进程的成本很低
不同返回值可以让不同进程执行不同的代码
为什么有两个返回值？
当OS在内核态执行fork函数准备返回的时候，子进程已经被创建，被OS放入运行队列中，又创建子进程之后父子进程共享执行后续的代码，所以有两个返回值，分别返回给父子进程。
运行队列：OS系统中描述进程运行的队列 struct runqueue｛struct task struct *head；......｝，进程运行就是指进程在运行队列中被调度器调度
进程状态
Linux在PCB中用 int status描述。
进程的一般状态
这里描述的是一般概念，各个OS描述的进程状态不尽相同，但可由此延伸。
运行态
进程在运行队列中，准备就绪，随时可以调度，但不代表正在CPU上运行
终止态
进程还在，只不过永远不运行，随时等待被释放
为什么要维护终止态？不立马释放对应的资源？
释放资源需要花时间，当操作系统忙碌的时候，操作系统可能在处理别的任务，故不会立马释放资源。
阻塞态
当进程申请CPU资源暂时无法得到满足，需要运行队列排队，申请其他慢设备同理，当进程需要访问某种非CPU资源时，该资源没有准备好，或者正在为其他进程提供服务，此时，进程要从运行队列移除，将当前进程放入对应设备描述结构体的等待队列中。
当前进程正在等待某种（非CPU）资源，进程需要在该资源的等待队列中排队，进程的代码没有运行，进程所处的状态就是阻塞态。
挂起态
当内存不足的时候，操作系统要帮我们进行辗转腾挪，腾出内存空间来处理任务
如果进程短期内不会被调度，等待的资源短期内不会就绪，代码和数据依旧在内存中，会浪费空间，操作系统把进程的代码和数据置换到磁盘上，所以内存不足时往往伴随着磁盘被高频率访问。（注意：进程的PCB还在内存中）
Linux下进程的状态（+表前台）
R running运行态：同上，表示进程在运行队列中。
S sleeping：浅度睡眠，可中断睡眠，在阻塞等待非磁盘资源。
D disk sleep：与S类似不过等待的资源是磁盘资源，深度睡眠，不可被中断睡眠，os也无权杀死进程。
T stopped：暂停状态，比如给进程发送19号信号。
t tracing stop：暂停状态，与T类似，比如用gdb调试进程遇到断点的时候，程序就是t状态。
Z zombie：僵尸状态，进程退出时一般不会进入X状态，而是进入Z状态，因为进程一般需要将执行结果告知父进程或者OS，当子进程先退出时，父进程不退出也不等待，子进程会进入Z状态，如果没有人回收，该状态会被一直维护，会造成内存泄露。
X dead：死亡状态，表示进程资源可以马上回收。
S/D/T/t状态对应前面的是阻塞态或挂起态，Z和X对应前面的终止态。
孤儿进程：父进程先退出，被bash回收，子进程被1号进程（OS）领养，也即孤儿进程退出时会将退出信息返回给OS。
进程优先级
用于表示进程获取资源的先后顺序，之所以需要进程优先级，是因为系统的资源有限，需要进程以需要的一定顺序获取资源。Linux内核是抢占式内核，会发生进程抢占，也即正在运行的低优先级进程，如果来了个优先级更高的进程，调度器会直接把进程从CPU上剥离，放上优先级更高的进程。
Linnux下的优先级用PRI表示，用ps -al 查看进程信息，可以看到：
PRI越小表示优先级更高
PRI=80+nice值，nice值的取值范围是-20到19，可以使用top命令+r,再输入进程pid和更改后的nice值，来修改nice值，从而改变进程的优先级。
既然有优先级，那为什么需要运行队列排队呢？
原因很简单，因为存在优先级一样的进程，Linux是通过进程优先级的队列来实现优先级的，使用 task_struct *queue[]指针数组实现不同优先级的队列，也即是多条链表去实现优先级，不同的数组下标就表示不同的优先级，通过位图标记不同优先级队列下是否有进程，这样就可以O（1）时间复杂度调度，不仅如此，Linux2.6内核用的是两张哈希表active和old去存储进程运行队列，新入的进程放入old表中，当CPU处理完active表后，交换两张表的底层指针，于是CPU又可以继续处理active表了。
基本概念
竞争性：因为进程数量众多，但CPU资源少量，所以进程之间具有竞争属性，即竞争性。为了高效完成任务，合理竞争相关资源，出现优先级。
独立性：多进程在运行，独享各种资源，运行期间互不干扰。
并行：多进程在多个CPU下分别同时运行。
并发：操作系统给每一个进程，在一次调度周期中赋予一个时间片的概念，每次进程执行一个时间片后进行进程切换，多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，多个进程得以推进，进程串行运行，但宏观上我们感觉是并行运行，就称为并发。
进程的硬件上下文数据：CPU内的寄存器中保存进程运行时的临时数据，在进程剥离时保存，进程恢复时恢复。