Linux | 进程概念详解：冯诺依曼体系结构、进程基本概念、PCB、进程组织、fork（）创建子进程、进程运行逻辑

进程概念

1、冯诺依曼体系结构

目前我们认识的计算机中，都是由一个个硬件构成

• 输入单元：键盘、鼠标、写字板等
• 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

对于冯诺依曼一些结构，有以下几点注意：

• 存储器指的是内存
• 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
• 外设（输入设备或输出设备）要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取
• 总结就是：所有设备只能直接和内存打交道

总的来说，对冯诺依曼体系结构的理解，不能停留在概念上，要深入到对软件数据流的理解上，例如，解释从登陆上qq开始和某个好友聊天这个过程中数据的流动过程：

2、进程

2.1基本概念

程序的一个执行实例，正在执行的程序等。担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

2.2描述进程-PCB

进程信息被放在进程控制块（一个数据结构），叫做PCB，Linux操作系统下的PCB是task_struct
进程 = 内核数据结构（PCB） + 代码和数据

task_struct内容分类

• **标识符：**描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程
• **状态：**任务状态，推出代码，推出信号
• **优先级：**相对于其他进程的优先级
• **程序技术器：**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
• **io状态信息：**包括显示器的io请求，分配给进程的io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，记帐号等

2.3组织进程

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

2.4查看进程

如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹。

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

2.5通过系统调用获取进程标识符

• 进程id（PID）
• 父进程id（PPID）

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

2.6通过系统调用创建进程-fork初识

• 使用man手册运行man fork认识fork函数
• 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）

头文件与返回值

• 头文件：unistd.h

• 函数原型：pid_t fork(void);

• 父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID

• 子进程中，fork返回0

fork函数的调用逻辑和底层逻辑

在上文介绍PCB的时候有提到过，进程由内核数据结构和代码、数据两部分组成。因此每个进程都会有自己的PCB即task_struct结构体。当调用了fork函数后，系统创建子进程，即创建一个属于子进程的task_struct，将父进程的大部分属性拷贝过去（不在内的如pid、ppid），由于父子进程属于同一个程序，他们的代码是共用的，但是两个进程同时访问一个变量的时候会出现冲突问题，因此子进程会将它将要访问的数据做一份额外的拷贝，也就是子进程访问拷贝出来的数据，然后父子进程就有了属于各自的数据，对变量的操作也是独立的。

fork函数创建子进程过程

• 创建子进程PCB
• 填充PCB对应的内容属性
• 让子进程和赴京城指向同样的代码
• 父子进程都是有独立的task_struct，已经可以被CPU调度运行了

问：为什么fork函数调用完后会返回两个值，这和寻常的函数不是不一样么？

在fork函数中，创建子进程的步骤完成后，在return返回之前，父子进程已经可以被CPU调度运行了，也就是说，在return前fork函数执行了父子两个进程，return是作为父子进程的共有程序，他们都会各自返回一个值，因此整体看fork函数会返回两个值，分别属于调用fork函数中父子进程的返回值。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	int ret = fork();
 	printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
 	sleep(1);
 	return 0;
}

• 由于父子进程的代码是一样的，因此如果需要使得父子进程执行不一样的代码，可以使用if加上返回值的条件限定来进行父子进程分流

  #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);
   }
   return 0;
  }