Linux基础进程的概念及fork初识

Posted 2022-08-18 Ricky_0528

文章目录

• • 1. 概念
  • • 1.1 冯诺依曼体系结构
    • 1.2 操作系统
    • 1.3 系统调用与库函数
    • 1.4 进程基本概念
    • 1.5 描述进程——PCB
  • 2. 查看进程
  • 3. fork()
  • • 3.1 基本概念
    • 3.2 返回值

1. 概念

1.1 冯诺依曼体系结构

1.2 操作系统

一款专门针对软硬件资源进行管理工作的软件

对下：管理好软硬件资源

对上：给用户提供稳定的、高效的、安全的运行环境

先描述被管理对象，再组织将被管理对象使用特性的数据结构组织起来

管理的理念：先描述，再组织

可以将对目标的管理转化成为对数据的管理

描述进程的结构体——PCB-进程控制块

1.3 系统调用与库函数

• 在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分由操作系统提供的接口，叫做系统调用
• 系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以有心的开发者可以对部分系统调用进行适度封装，从而形成库，有了库就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发

1.4 进程基本概念

加载到内存的程序

• 程序的一个执行实例，正在执行的程序
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体

进程 = 程序 + 操作系统维护进程的相关数据结构

1.5 描述进程——PCB

有了进程控制块，所有的进程管理任务与进程对应的程序毫无关系，与进程对应的内核创建的该进程的PCB强相关

• 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

• 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

• 组织进程：所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里

struct task_struct //进程的所有属性 的内容分类

• 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

  上下文的保存和恢复，让我们可以感受到进程是被切换的

• 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

2. 查看进程

查看上一次退出的进程的退出码：

echo $?

getpid、getppid

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()

    while (1)
    
        printf("Hello! pid:%d ppid:%d\\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);
    

    return 0;

getpid()：获取当前进程的pid

getppid()：获取当前进程父进程的pid

两个函数都需要包含系统头文件：sys/types.h

查看 “proc” 的相关进程 带上行首：

ps axj | head -1 && ps ajx | grep "proc"
ps axj | head -1 && ps ajx | grep "proc" | grep -v grep // 可以去掉最后一个

查看PID为 12761 的进程：

ps axj | grep "12761"

杀掉PID为 23627 的进程：

kill -9 23627

系统文件夹 proc 存放了进程信息（该处proc为系统文件夹，并不是我创建的.c文件及其可执行程序）

获取PID 为31348的进程信息

ls /proc
ls -al /proc/31348

exe：进程对应的可执行程序

cwd：表示当前工作目录

3. fork()

通过系统调用创建进程

3.1 基本概念

使用fork创建进程，系统里就多了一个进程，与进程相关的内核数据结构、进程的代码和数据在系统里多了一份

默认情况下，子进程会“继承”父进程的代码和数据，内核数据结构task_struct也会以父进程为模板，初始化子进程的task_struct

fork之后，子进程和父进程的代码是共享的，而代码是不可被修改的，因此父子进程并不互相影响

数据各自开辟空间，私有一份，通过“写时拷贝”来实现进程数据的独立性，只有修改才会拷贝过去

进程是具有独立性的

3.2 返回值

fork() 的返回值类型为 pid_t

通过fork的返回值来让子进程和父进程做不一样的事情

• 失败：返回值 < 0
• 成功
  • 给父进程返回子进程的pid
  • 给子进程返回0

#include <iostream>
#include <unistd.h>

int main()

    pid_t id = fork();
    
    if (id == 0) //子进程
    
        //child
        while (true)
        
            std::cout << "I am child, pid: " << getpid() << ", ppid: " << getppid() << '\\n';
            sleep(1);
        
    
    else if (id > 0) //父进程
    
        //parent
        while (true)
        
            std::cout << "I am child, pid: " << getpid() << ", ppid: " << getppid() << '\\n';
            sleep(2);
        
    
    else
    

    
    

    return 0;

两个返回值的理解：函数执行了return表名核心功能以及执行完毕，但父子进程可以同时return

返回值也是数据，return的时候发生了写时拷贝

给父进程返回子进程的pid：让父进程达到控制子进程的目的，因为父进程与子进程是一个一对多的关系，返回子进程的pid让父进程可以进行区分，而一个子进程只有一个父进程，因此不需要知道父进程的pid