【Linux】进程学习（一）：基本认识

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。

2.初步理解

以前我们的任何启动并允许程序的行为，都是由操作系统帮助我们将程序转换成为进程，来完成特定的任务。（在Linux中，./运行一个程序。在windows中，鼠标双击运行一个程序。他们都将一个程序转换成了进程）

如图，我们将磁盘中的程序加载到了内存当中，形成了代码和数据。

但这并不算一个进程，操作系统为了管理这些加载到内存当中的代码和数据，需要先描述再组织，在内核当中为这些代码和数据创建一个个的数据结构对象。（操作系统书中叫PCB，Linux操作系统下是task_struct）

例如：

• 我们想要释放进程A，操作系统就在所有PCB中寻找关于进程A的，然后free释放掉对应的代码和数据以及PCB。
• 我们想要运行进程中优先级最高的，操作系统就遍历所有的PCB找到对应的进程，将其加入CPU中运行。
• 我们想要再运行一个程序，操作系统将磁盘中的程序加载到内存中转化为代码和数据。并且又为其创建一个PCB，将进程的属性加入PCB中，并链入原先的PCB链表当中。

因此：

• 对进程的管理转化为对PCB链表进行增删查改。
• 进程 = 加载到内存中的代码和数据 + 内核关于进程的相关数据结构

3.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

3.1task_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。

3.2task_ 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

4.组织进程

可以在内核源代码里找到它。所有运行在系统里的进程都以task_struct双链表的形式存在内核里。

5.查看进程

5.1通过ps指令查看

• 单独使用ps命令，会显示所有进程信息。

ps -axj

通过对grep指令的搭配，可以查找想要查看的进程信息

ps -axj | head -1 && ps -axj |grep myprocess | grep -v grep

• 因为grep也是进程，因此加入grep -v grep可以过滤掉grep进程信息。

5.2通过系统目录查看

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

其中有很多文件夹都是以数字命名，这些数字其实就是对应进程的PID，对应文件夹当中记录着对应进程的各种信息。

当我们创建一个进程后，就会在/proc目录下创建对应的文件夹保存进程的信息。一旦我们关闭掉这个进程，/proc目录下相应的进程文件夹就会被删除。

6.通过系统调用获取进程的PID和PPID

通过使用系统调用函数getpid和getppid即可分别获取进程的PID和PPID。

使用下列代码测试。

运行结果，通过getpid获取的pid值与ps命令查询的值是相同的。

其次，通过不断启动终止进程，我们发现每次启动进程的pid都会改变，但是ppid并不会改变，这个ppid又是什么呢？

21615是我们的bash（命令行解释器）。

我们可以得到一些结论：

• bash命令行解释器，本质上它也是一个进程！
• 命令行解释器启动的所有程序，最终都会变成进程，而该进程对应的父进程都是bash

7.通过系统调用创建进程-fork初识

//创建子进程
//有两个返回值，创建成功给父进程返回子进程PID,给子进程返回0
//创建失败返回-1


#include

int fork(void)

fork 函数能在当前进程下主动创建 子进程 ，用于代码程序中。

#include
#include
#include

#include
#include
#include



int main()
{
  printf("AAAAAAAAAAAA\n");
  int ret = fork();
  printf("BBBBBBBBBBBB,PID: %d \n",getpid());
  sleep(1);
  return 0;
}

运行结果：

BBBBBBBB被打印了两次，可见fork系统调用之后程序就变成了两个执行流，即一个父进程一个子进程。

但通常我们可以根据fork的不同返回值，搭配if完成分流，使父子进程执行不同的代码。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
int ret = fork();
if(ret < 0)
{
	perror("fork");
	return 1;
}
else if(ret == 0)
{
 //child
	printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
}else
{
 //father
	printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
}
	sleep(1);
	return 0;
}

运行结果：
其中，fork之后的两个执行流，谁先执行由调度器决定

fork函数工作原理：

• fork 创建子进程时，会新建一个属于子进程的PCB ，然后把父进程 PCB 的大部分数据拷贝进子进程的PCB中，即子进程和父进程的PCB中的数据绝大部分是相同的。两个进程的PCB指向同一份代码和数据即两者共享一份代码和数据

我们知道进程是具有独立性的，父子进程同样具有独立性。

但父子进程两者共享同一份代码和数据，他们的独立性从何谈起？

• 从代码层面：代码是只读的，父子进程只能读取代码，只不过可能读取的部分不同，相互不影响
• 从数据层面：当其中一个执行流尝试修改数据时，OS 会给当前进程触发写时拷贝 机制

如何理解fork函数有两个返回值？

当return时，函数的主体功能已经完成，此时子进程已经被创建，所以两个进程都停留在fork函数中，等待返回。因此fork函数会返回两次，一次是在父进程中返回，另一次是在子进程中返回，这两次的返回值是不一样的。