Linux入门学习：进程概念

1. 什么是进程？

1.1 基本概念

在课本的概念中，进程程序的一个执行实例，正在执行的程序。其内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。但这些概念太笼统，并不能让我们更加清晰的知道进程是什么，实际上，进程是内核数据结构(pcb) + 程序的代码与数据。

pcb(process control block)进程控制块，进程信息被放在一个叫pcb的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。在Linux入门学习：深刻理解计算机硬件与OS体系中，我们已经了解到操作系统对我们的硬件进行管理的基本思想----先描述，后组织，pcb就是操作系统用于描述进程的数据结构。

Linux操作系统下的PCB是: task_struct，也就是说Linux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。

1.2 task_struct

在Linux系统中，task_struct一般包含以下信息：

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

2. 组织进程

Linux描述完进程task_struct，在内存中，他是怎么将他们组织起来的？答案：是以链表的形式组织起来的！

进程与进程之间：

在内存中，程序文件一般在磁盘，我们要运行时，先在内存中拷贝一份exe文件，再进程管理的指针中，插入新的task_struct，这个新的task_struct会有成员管理内存中加载的exe,并加载这个exe对应的属性到进程之中。

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

由此，我们可以知道一个事实：我们在Windows双击一个exe文件，把他运行起来，实质上，就是在系统中创建了一个新的进程！在Linux中的，像ls , pwd指令，本质上也是运行了一个exe，创建了一个进程，只不过运行完就直接退出了，而在Windows上的很多软件是常驻进程，一般运行了之后就不会再退出了，没有"运行完"的说法，除非用户直接×掉，直接终止运行。

3. 查看进程

3.1 父进程与子进程

pid – 进程id
ppid – 父进程id

先要明白一个概念：在Linux操作系统中，创建新进程的时候，都是由自己的父进程创建的！！在C语言中，我们可以通过函数getpid与getppid，来查看当前启动的C语言程序的pid与ppid。

我们先来观察一个现象：在Linux中写下这样的一段代码

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

int main()
{
	while(1)
	{
		printf("我是一个进程, 我的pid: %d, ppid, %d\n", getpid(), getppid());
	}
        
        return 0;
}

反复运行后：

我们发现反复运行后，每次的pid都不一样，但是他们的ppid，每次都是一样的！！为什么？

#查看对应进程的相关信息指令
ps axj | head -1 && ps ajx | grep 进程id

结论：这些进程的父进程都叫bash！！。bash：命令行解释器。在命令行中，我们运行我们自己的可执行程序或者命令行指令本质是bash进程创建的子进程，由子进程 执行我们的代码! !

我们在登录的时候，操作系统会自动为我们启动一个bash程序，bash前面有一个-，代表着我们是通过命令行终端进行登录的

3.2 fork创建子进程

在C语言中有一个函数fork，可以借用系统调用，来创建子进程，头文件是<unistd.h>，借此，我们在Linux写一个程序，来先看看现象：

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

int main()
{

    printf("父进程运行: pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
	
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // 子进程
        while (1)
        {
            printf("我是子进程,我的pid: %d, ppid: %d,ret = %d\n", getpid(), getppid(),id);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        // 父进程
        while (1)
        {
            printf("我是父进程,我的pid: %d, ppid: %d,ret = %d\n", getpid(), getppid(),id);
            sleep(1);
        }
    }


    return 0;
}

运行之后

我们可以观察到一个奇怪的现象：为什么if和else的条件同时被满足了？！！竟然同时进行了两个循环？！！毫无疑问的，肯定是程序启动了两个进程，这其中的细节会衍生出很多问题：

❓Q1：代码中fork返回值是什么？

 pid_t id = fork();

如果fork成功创建进程，对于父进程的返回值为子进程的pid，子进程的返回值的0。如果创建失败，父进程的返回值为-1。由返回值的不同，满足if或else的不同条件，启动对应的循环。

——》父进程往往只有一个，而子进程往往有多个，给父进程返回子进程的id，是为了方便管理子进程。Linux进程的整体是一个树型结构！！

❓Q2：一个函数(fork)为什么能返回两次？两次的数据还不相同？！

我们的程序在fork之后，毫无疑问，会启动两个程序，这两个程序的关系是父子关系，一般而言，这两个程序的代码是共享的！但是数据是自己保有一份的！！

——》进程与进程之间是相互独立的！ 多个进程之间，运行的时候，即使他们是父子，也不会相互影响，即使其中一个挂了，另一个也能正常运行。对于代码而言，任何进程对代码的权限只是可读的，所以不同的进程使用同一份代码就能得到安全型的保证。但是数据一定是独立的，对于父子进程，fork各自返回了一次，他们得到了各自的数据，各自对自己的数据进行处理，从而启动了不同的循环。

数据是独立的还有一个验证:

	int cnt = 0;
    if (id == 0)
    {
        // 子进程
        while (1)
        {
            printf("我是子进程,我的pid: %d, ppid: %d,cnt = %d\n,", getpid(), getppid(),cnt);
            sleep(1);
            cnt++;
        }
    }
    else
    {
        // 父进程
        while (1)
        {
            printf("我是父进程,我的pid: %d, ppid: %d,cnt = %d\n", getpid(), getppid(),cnt);
            sleep(1);
        }
    }

——》观察现象，父进程与子进程的cnt值各不相同。

3.3 kill

对于没有结束的进程，可以用kill指令将其杀掉

 kill -9 进程标示符

3.4 /proc

/proc目录里面存储文件不在磁盘上，里面的文件都是内存级的，在关机时会消失，开机时又会出现，它是对动态运行的所有进程的一个可视化信息。

蓝色表示的是目录文件，因为一个进程里面可能会存在很多信息，进去看看

1、其中exe说明当前的进程是可以找到自己要执行的代码的（可视化出来了）。

2、cwd表示的是当前进程的工作目录（current work dir），所以为什么你fopen出来的新文件会被默认放在当前目录，这其实是由该进程的cwd决定的！！

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