Linux进程理解与学习（Ⅰ）

Posted 2023-03-14

进程概念

什么是进程？

进程是什么？我们打开任务管理器可以看到有很多的程序正在运行状态，并且上面写着进程二字。难道进程就是指这些被运行起来的程序吗？课本上对于进程是这么说的：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。

但是实际上这种说法并不完全准确？（举个例子，一个仅仅进入学校的人，并不能算是这个学校的学生，只有这个人的信息被加载到学校的教务系统，并且被这个学校所管理的人，才称得上学生。这里的学校就是指内存，数据只有加载到内存，并被OS所管理，这才算是一个完整的进程）。

在前文我们知道了cpu一般不会与外设进行直接沟通，而是与内存打交道。所以我们在磁盘上的程序被运行时，要将数据与代码加载到内存中。由操作系统来进行管理。具体怎么来管理呢？先描述，再组织。

所谓的先描述实际上是指OS会用一个特定的结构体（PCB/task_struct）来提取该进程的各种属性（这里的属性与加载到内存中的数据与代码无关，或者说仅仅只有一点点的关系，即可以通过对应的 task_struct找到该进程的代码和数据）。组织是指OS会以链表或者其它的数据结构将各个task_struct组织起来，方便管理。（对进程的修改--->对链表或者其它数据结构的增删查改，比如我们结束一个进程，实际上就是删掉数据结构中对应的pcb）

★上面啰嗦一大堆，无非就是说两个事：

• 结论一：进程=os内核关于该进程的相关数据结构（PCB/task_struct）+当前程序加载到内存的代码与数据。
• 结论二：OS如何管理进程？先描述（pcb/task_struct），再组织(链表等数据结构)。

PCB — 进程控制块

进程需要被OS管理，管理的本质就是先描述，再组织。而PCB就是用来描述进程的一种特定结构体。在Linux系统下的PCB就是task_struct。

task_struct内容分类

task_struct结构体中主要包含了以下信息，了解一下即可：

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

如何查看进程

第一种方法：通过ps指令

我们输入ps axj就可以查看当前所有进程信息，同时，由于进程信息较多，我们可以利用之前学过的管道，以及grep用来筛选过滤，从而拿到我们想要的进程信息。（ps -l可以查看当前bash下的进程信息）如下：

第二种方法：通过函数getpid（）

在上面task_struct内容中，有一个是标识符，用来区分其他进程。这里的标识符，实际就是指PID。每一个进程都有自己的pid，并且每一次运行，pid的值都会发生变化（一般都是逐渐递增，当下一次重新登陆时，又是随机值）。

而我们可以通过系统调用函数getpid()来获取当前进程的pid。我们可以用man手册来查询getpid（）的使用。我们可以通过如下的简单代码来验证。

#include<stdio.h>
//头文件包含
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()

   while(1)
   
     //获取当前进程pid
     printf("hello world,我的pid:%d\\n",getpid());                                             
     sleep(1);                                                                     
                                                                                  
   return 0;                                                                       
 

第三种方法：在路径/proc下查看

事实上，我们在执行一个程序时，会在/proc目录下生成一个以当前程序的pid命名的目录文件，该目录文件内包含了当前进程的所有信息。并且还有一个特点：当该程序停止运行时，以pid命名的文件会自动销毁。

如何中止进程

★三种方法：

• 我们可以通过指令kill -9进程pid来中止进程
• 通过热键ctrl c来中止当前进程
• 通过指令killall 进程名称 来中止进程

父子进程

PPID

进程之间存在父子关系，我们知道，bash是命令行解释器，当我们在命令行输入指令执行一个进程时，我们执行的进程就是bash的子进程。究竟是否如我们所说？我们可以验证一下，当然，在此之前我们要先谈一下PPID，PPID就是当前进程的父进程的pid。

fork创建子进程

我们也可以通过系统调用函数fork用来给当前进程创建子进程。我们用man手册查询fork的用法。

我们可以通过如下代码来进行简单测试：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h> 
int main()

   //我们用ret来接受fork的返回值
   pid_t ret=fork();
   assert(ret!=-1);//断言一下
   //我们通常使用if语句，用来进行执行流分流
   if(ret == 0)                            
              
     while(1)
            
       //此时是子进程,fork给子进程返回0
       printf("我是子进程，pid:%d,ppid:%d,ret:%d,&ret:%p\\n",getpid(),getppid(),ret,&ret);        
       sleep(1);                                                                         
               
     
   else if(ret >0)
                 
     while(1)
            
       //此时是父进程，fork给父进程返回子进程的pid
       printf("我是父进程，pid:%d,ppid:%d,ret:%d,&ret:%p\\n",getpid(),getppid(),ret,&ret);
       sleep(1);                                                                         
               
   
   return 0;
 

我们发现，确实如此，不过这里有一个疑问，为什么ret的地址相同，但是ret的值却不相同呢？我们从未见过这种现象：同一个变量竟然有两个返回值。这是为什么呢?实际上，我们在函数的最后有一个return 0，而fork之后的代码是父子进程共享的，也就是说，return这个语句被执行了两次，并且当return执行时，函数体内部是已经执行完了的。所以会有两个返回值。

为了验证fork之后的代码，被父子进程共享，我们可以写一个简简单单的代码用来测试一下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

 int main()
 
  int ret = fork();
  //这里只有一个printf
  printf("hello proc,pid:%d,ppid:%d,ret:%d\\n", getpid(),getppid(),ret);                          
  sleep(1);
  return 0;
 

我们发现，确实如此。不仅如此，进程还具有独立性，我们可以定义一个全局变量，父进程对

全局变量进行修改，我们发现不会影响到子进程中的那个全局变量。我们也可以进行验证：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
//定义全局变量
int a=100;
int main()
 
   pid_t ret=fork();
   if(ret == 0)
   
     while(1)
     
       //子进程，不对a做修改
       printf("我是子进程，a=%d,&a=:%p\\n",a,&a);
       sleep(1);
     
   
   else 
   
     while(1)
     
       //父进程,对全局变量a进行修改                                                            
       a+=100;
       //假如进程不具有独立性，那么父进程的修改也会影响子进程，究竟会不会呢？
       printf("我是父进程，a=%d,&a=:%p\\n",a,&a);
       sleep(1);
     
   
   return 0;
 

我们发现确实如此，不过为什么同一个地址，对内容进行修改却不会互相影响呢？实际上这里的地址并不是真正的物理地址，并且当进程尝试对数据进行修改时，还会触发写时拷贝。（具体放在后面进程地址空间章节详细讲解）。

总结

★上面写了这么多，总结如下：

• 命令行启动的程序，都会变成bash的子进程
• 我们可以通过fork为当前进程创建子进程，fork的返回值给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid，创建进程失败时返回-1
• fork之后的代码被父子进程共享（但是谁先运行不确定）
• 进程具有独立性，父子进程也是如此，对其中一个进程的修改不会影响另一个进程
• 独立性体现在两方面：1、代码方面是可读的

2、数据方面，当一个执行流尝试修改数据时，OS会给我们的进程触发写时拷贝（后面章节详细讲解）。

---

end.

生活原本沉闷，但跑起来就会有风！