[Linux] 进程入门

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前言

作为一名程序员，我们天天都在与代码打交道，但你是否有了解过我们的程序是如何在操作系统中运行与调度的呢？如果你对进程与计算机不甚了解，那么本文将带领你走向操作系统进程的第一步。

计算机的结构体系与概念

在了解进程的相关知识前，我们需要先了解以下计算机的组成体系及其概念。

冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构是一种计算机的组成方案，因为使用其体系构造的计算机性价比很高，所以我们日常生活中使用的计算机，如笔记本、服务器等大部分都遵守着冯诺依曼体系结构。

冯诺依曼体系结构规定了计算机由五个部分组成，控制器、运算器、储存器、输入设备、输出设备。

注意：

• 这里的储存器指的是内存
• 不考虑缓存情况，这里的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（输入或射出设备）要输入或输出数据，只能写入内存或从内存中读取
• 总的来说，所有设备都只能直接和内存打交道

操作系统

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，操作系统包含：

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

目的与定位

操作系统是纯正用于管理的软件，操作系统与硬件交互，管理所有的软硬件资源。

进程

概念

如果你没有学习过系统知识，可能会以为进程就是把二进制程序拷贝执行而已，但其实进程指的是PCB（process control block）+ 可执行程序

描述进程-PCB

PCB又名进程控制块，这是一个进程属性的集合体，用于描述进程，在linux内核是一种链式结构(task_struct)，它会被装载到内存中。

task_struct

在Linux里面描述进程的结构体就叫做task_struct，其内容分为：

• 标志符：描述本进程的唯一标识符，用于区别其他进程 。
• 状态：任务装提、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「Ip指针」
• 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：可能包括处理器总和，使用的时钟数总和，时间限制，记帐号等。
• 其他信息。

检查进程

进程的信息可以通过linux目录中的/proc文件夹来查看

或者你也可以用top / ps 等指令工具来获取

利用fork创建子进程

在Linux平台下，C语言可以用fork函数来创建子进程，父子进程代码共享，当数据使用写实拷贝，当数据没被修改时，数据共用。

#include 
#include 
#include 

int main() {
	//fork如果创建子进程成功则返回0，失败返回-1。
	pid_t id = fork();	
	if(id == 0)
	{
		printf("我是子进程\n");
	}
	else
	{
		printf("我是父进程\n");
	}
	return 0;
}

进程状态

在Linux中进程拥有多种状态，一个进程可以有多个状态。让我们来看看Linux内核里面对进程状态的定义吧。

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

• R 运行状态：说明进程要么在运行，要么在运行队列里。
• S 睡眠状态：说明进程在等待事件完成。
• D 磁盘休眠状态：又名不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
• T 停止状态：通过发送 SIGSTOP 信号来给进程停止，这个被停止的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
• X 死亡状态：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表看到这个状态。

进程状态查看

我们可以通过top指令或ps指令来检查进程

僵尸进程

僵尸进程是一种比较特殊的状态，当子进程退出，而父进程没有读取到子进程的返回码时就会产生僵尸进程。因为僵尸进程还没被系统清理其开辟的空间，所以僵尸进程还会导致内存泄漏。

C语言创建僵尸进程：

#include 
#include 

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(!id)
	{	//C语言可以通过getpid指令来获取进程的id
		printf("child[%d] is return....\n", getpid());
		sleep(2);
		exit(EXIT_SUCCESS);
	}
	else 
	{
		printf("parent[%d] is sleeping...\n",getpid());
		sleep(10);
	}
	return 0;
}

孤儿进程

孤儿进程和僵尸进程恰好相反，如果父进程先退出，子进程继续运行，那么子进程就会成为孤儿进程。成为孤儿进程后，就被交给pid为1的进程管理，也就是系统。

来段代码：
进程优先级
基本概念
cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。
还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整
体性能。
查看系统进程
在linux或者unix系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	pid_t id = fork();
	int i = 0;
	if (id == 0)
	{	//child
		while(i++ < 10)
		{
			printf("[%d] : child_pid[%d] : parent_pid[%d]\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}	
	}
	else
	{	//parent
		printf("parent[%d], is exit\n", getpid());
		exit(0);
	}
	return 0;
}

总结

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