【Linux系统编程】进程的认识

介绍：

        进程是程序执行的实体，可将其理解为程序。比如：当我们使用文本编辑器Notepad应用程序来编写一篇文章时，此时，Notepad应用程序就被加载到了内存中，并且它占用的资源（如内存、CPU等）也得到了分配。在这个过程中，Notepad应用程序就是一个进程，此进程在使用过程将不断被执行，当关闭Notepad应用程序，此进程占用的资源将释放，进程结束。而操作系统则是负责调度和管理这个进程的实体，它为进程分配资源，并在进程结束后回收资源。也就是说，操作系统负责管理进程。

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进程控制块

        进程控制块的简称为PCB，是操作系统中用于管理进程的数据结构。它包含了进程的所有状态信息，可以理解为进程属性的集合，用来描述一个进程的所有属性，是进程存在的唯一标志。 

        Linux下的PCB(进程控制块)是 task_struct 结构体，此结构体是Linux内核的一种数据结构。

        使用ps axj指令可查看进程详细信息。其中，PID对应的就是进程的标识符，PPID对应的是父进程的标识符。标识符是用来描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。

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标识符函数

        在写程序时，要想观察此进程的PID可在代码中使用 getpid() 函数，此函数可获得进程的PID，返回类型为pid_t(就是int)，即谁调用getpid，就获取谁的PID。对应的还有 getppid() 函数，获取该进程的父进程标识符，返回类型为pid_t(就是int)。

        这里要说明一下，每一次启动程序时，对应的PID都会发生变化，PPID一般不会发生变化，除非您通过某种方式改变了父进程。

        在Linux中，当您启动一个程序时，该程序的PPID通常是被启动该程序的shell进程的PID，即该进程的PPID对应的就是bash或其他shell进程。可以说每启动的一个进程都是bash或shell的子进程。因此说每一次启动进程时，PID都会变化，PPID一般不会变化，除非我们将父进程也改变。

[zhu@zhujunhao day21]$ ll
total 16
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu  305 Dec 21 17:07 code.cpp
-rwxrwxr-x 1 zhu zhu 9176 Dec 21 17:07 code.exe
[zhu@zhujunhao day21]$ cat code.cpp    //程序的源代码
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    pid_t pid = getpid();
    pid_t ppid = getppid();
    sleep(3);
    cout << "该进程对应的PID: " << pid << endl;
    sleep(3);
    cout << "该进程对应的PPID: " << ppid << endl;
    return 0;
}
[zhu@zhujunhao day21]$ ./code.exe
该进程对应的PID: 2248
该进程对应的PPID: 1381
 

/*下面我们删除程序的进程，再次编译运行后可发现，该进程的PID发生了变化，PPID没有改变。该程序的PPID就是bash或shell进程*/

[zhu@zhujunhao day21]$ rm -f code.exe  
[zhu@zhujunhao day21]$ ll
total 4
-rw-rw-r-- 1 zhu zhu 305 Dec 21 17:07 code.cpp
[zhu@zhujunhao day21]$ g++ -o code.exe code.cpp  
[zhu@zhujunhao day21]$ ./code.exe   
该进程对应的PID: 2257
该进程对应的PPID: 1381

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/proc目录

        下面，我们了解一下 /proc目录。/proc目录提供了一种访问系统内核内部数据结构、改变内核设置的机制。用户和应用程序可以通过访问/proc目录中的文件和子目录，来获取系统的信息，并可以改变内核的某些参数。

        其中，/proc/[pid]目录提供了访问和操作进程信息的接口，此接口提供指定进程的各种详细信息，可方便地了解和控制进程的状态和行为。

        这里要说明一下，当使用指令 ll /proc/[pid] 进行详细查看时，对应的cwd是当前进程启动的工作目录，即进程启动时所在的工作目录。exe对应的是可执行程序的工作目录，即进程运行的程序。当修改当前进程或可执行文件的工作目录时，对应的cwd或exe会发生变化。

[zhu@zhujunhao day21]$ ll /proc/1381

........
lrwxrwxrwx 1 zhu zhu 0 Dec 21 16:54 cwd -> /home/zhu/day21   //进程启动的工作目录
........

lrwxrwxrwx 1 zhu zhu 0 Dec 21 16:54 exe -> /usr/bin/bash   //可执行程序的工作目录

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创建进程fork初识

        fork函数(没有参数)：创建子进程，在fork之后，代码会形成分支形成两个，即代码共享，其中一个是该函数创建的一个子进程。其中，该函数返回值为pid_t，给创建的子进程返回0，父进程返回子进程的PID。

[zhujunhao@bogon code]$ cat test.cpp     //源代码
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    cout << "PID: " << getpid() << endl;
    int ret = fork();
    cout << "ret = fork(): " << ret << endl;
    sleep(1);
    return 0;
}
[zhujunhao@bogon code]$ ./test.exe     //执行源代码的可执行程序
PID: 9655
ret = fork(): 9656  
ret = fork(): 0

        此函数通常跟 if 条件连用，分别使父子进程执行不同的功能。

[zhujunhao@bogon code]$ cat test.cpp      //源代码
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    cout << "PID: " << getpid() << endl;
    int ret = fork();
    if (ret == 0)
    {
        cout << "I am Child: PID " << getpid() << "  PPID: " << getppid() << endl;
    }
    else 
    {
        cout << "I am father: PID " << getpid() << "  PPID: " << getppid() << endl;
    }
    sleep(1);
    return 0;
}
[zhujunhao@bogon code]$ ./test.exe   //可执行程序
PID: 10418
I am father: PID 10418  PPID: 3038
I am Child: PID 10419  PPID: 10418

        在执行进程的过程中，若不想执行该进程，通常使用 kill -9 [pid]命令强制终止指定进程的执行。关闭该进程后，不会影响该进程的子进程或父进程，即进程(任意进程，包括父子进程)之间是有独立性的，互相是不能影响，可放心使用。