linux进程概念【万字解析，深度刨析linux底层系统】

一、冯诺依曼体系结构

我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。

截至目前，我们所认识的计算机，都是有一个个的硬件组件组成

• 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等
• 中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等
• 输出单元：显示器，打印机等

关于冯诺依曼，必须强调几点：
这里的存储器指的是内存
不考虑缓存情况，这里的CPU（运算器 + 控制器 + 其他 = cpu）能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)
外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。
一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。


对冯诺依曼的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流理解上，请解释，从你登录上qq开始和某位朋友聊天开始，数据的流动过程。 从你打开窗口，开始给他发消息，到他的到消息之后的数据流动过程。如果是在qq上发送文件呢？

二、操作系统(Operator System)

2.1 概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

• 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
• 其他程序（例如函数库， shell程序等等）

2.2 如何理解“管理”

• 管理的例子
• 描述被管理对象
• 组织被管理对象
  
  

我们可以通过学校来类比操作系统
这样校长就是管理者，学生就是被管理者，但是校长一般都是没见过或者不会刻意见学生，但是校长是如何做管理的呢？
对管理者的理解：管理者不需要与被管理者直接交互，依旧能够把管理对象管理起来，那是因为管理的本质是对数据的管理，虽然学生不直接和校长打交道，但是学生所有的数据，早已经被校方拿走了，而且一直在更新。
但是学校学生这么多，校长是怎么管理的呢？
先描述，再组织！！！—— 数据结构

根据图上所描述的东西，其实简单来说，先描述指的就是，先面向对象的把每位学生的信息通过结构体一 一列出来，形成一个结构，然后再组织的意思就是，把每位学生的信息通过一个数据结构串起来，保证以后能够方便的维护。

2.3 总结

计算机管理硬件

1. 描述起来，用struct结构体
2. 组织起来，用链表或其他高效的数据结构

2.4 系统调用和库函数概念

• 在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用。
• 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。
  
  根据上图可知：
  一般我们使用操作系统的时候，我们都是调用函数，或者用指令操作，我们并不知道里面的原理或者里面干了什么，只能通过接口来和人交互。那是为什么呢？
  其实和银行类似，银行不相信任何人，操作系统也不相信任何人！因为操作系统和银行一样要保护自己，不能让人随意访问，但是也必须给上层用户提供各种服务。所以就有了类似银行的窗口一样，操作系统有自己的接口函数或者指令操作。

三、进程

3.1 基本概念

• 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体
  

3.2 描述进程-PCB

• 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
• 课本上称之为PCB（process control block）， Linux操作系统下的PCB是: task_struct
  
  实际上PCB就是对进程的描述，里面装有该进程的所有属性。
  task_struct-PCB的一种
• 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
• task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息
  task_ struct内容分类
• 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
• 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
• 优先级: 相对于其他进程的优先级。
• 程序计数器: 程序中即将被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，还有和其他进程共享的内存块的指针
• 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
• I／ O状态信息: 包括显示的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。
• 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
• 其他信息

3.3 组织进程

根据上图可以得知，程序在磁盘加载到内存之后，操作系统会描述对应的程序创建对应的结构体（PCB），多个程序的话，就会在组织起来，形成内核数据结构。

那为什么会有PCB（struct task_struct ）结构体呢？
那是因为操作系统一贯认为管理进程，要先描述，再组织，先描述的话，就要读取对应进程的属性，那么就需要对应的PCB封装起来。

3.4 查看进程

大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取。
示例代码：

#include 
#include 
#include 
int main()
{
   
while(1){
   
sleep(1);
}
return 0;
}

3.5 通过系统调用获取进程标识符

• 进程id（PID）
• 父进程id（PPID）

示例代码：

#include 
#include 
#include 
int main()
{
   
printf("pid: %d\n", getpid());
printf("ppid: %d\n", getppid());
return 0;
}

编译可以得出：

3.6 通过系统调用创建进程-fork初识

• fork有两个返回值
• 父子进程代码共享， 数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）

示例代码：

#include 
#