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Linux——进程基础

article 2024/10/25 6:26:42

进程概念引入

操作系统为了管理加载到内存中的程序也就是进程，需要对其“先描述，在组织”。先描述指的是：利用struct结构体包含进程的各种属性和数据，例如：

struct PCB//process ctrl block 进程控制块
{
    //状态
    //优先级
    //内存指针字段（例如指向可执行程序代码和数据的指针字段）
    //标识符
    //...（包含进程几乎所有的属性字段）
    struct PCB*next
}

当可执行程序加载到内存中时，操作系统会创建该进程对应的结构体对象，把该进程的各种属性填写到各个字段当中。操作系统为了方便管理进程的PCB，利用PCB中的struct PCB*next字段来连接另外的进程PCB，进而管理内存中所有的PCB。由此对进程的管理，就转化成为对PCB对象的管理，也就是对PCB链表的增删查改。

进程加载到内存

进程的具体理解

进程=内核PCB对象+可执行程序，如下图：

进程的组成

操作系统中有很多的PCB对象，进程也可以是内核数据结构+可执行程序
对所有进程的控制和操作，都只和进程的PCB相关，和进程的可执行程序没有关系
PCB是操作系统学科的叫法。对于具体的操作系统Linux，则叫task_struct

标识符PID

标识符描述一个进程的唯一标识，用来区别其他进程，可以使用指令ps axj查看系统的进程，例如：

进程标识符PID

其中PID这一行就是对应的进程的标识符。
一般在Linux中，普通进程都有它的父进程，因为该进程是被其父进程创建出来的，所以PPID这一列就是父进程的PID

查看进程PID的函数

// 头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void); //用来获取程序的PID，pid_t类型本质为C语言整数类型
pid_t getppid(void); //用来获取

查看系统进程信息

在Linux系统中，使用ll /proc指令可以查看进程的相关信息，如下图：

进程目录

/proc目录下的目录文件都是以数字命名，这个数字就是指一个进程的PID

当一个程序运行起来，根据其PID进入到其进程目录中
进程目录内容

在C语言中利用fopen函数创建一个文件时，文件会被创建到进程的cwd也就是当前工作目录下

在这里介绍一个改变进程工作目录的函数chdir
// 头文件
#include <unistd.h>
//作用更改进程的当前工作目录
int chdir(const char*path);
//path参数填入新的路径，返回0就是成功，-1就是失败

创建进程

在Linux中可以使用fork函数创建子进程

//所需头文件
#include <unistd.h>
//函数作用：创建子进程
 pid_t fork(void);
//子进程的返回值是0，父进程返回其自己的pid

举例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    printf("fork前, I am a process! pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
    fork();
    printf("fork后, I am a process! pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid())
        return 0;
}

上面这段代码的执行结果是

fork后结果

因为在调用fork之前只有父进程会执行printf("fork前, I am a process! pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());，而在调用fork之后父子进程都会执行printf("fork后, I am a process! pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid())这句代码，所以会打印三行结果

因为在fork之后父子进程的代码是会共享的

在使用fork函数创建子进程之后，如果想让子进程执行特定的事情，我们可以利用fork函数的返回值，如果fork返回值为0，则代表为子进程，若大于0就是父进程，详细代码如下：

int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id<0) return 1;
    if(id==0)
    {
        //子进程
    }
    else
    {
        //父进程
    }
    return 0;
}

fork函数创建的子进程的其PCB里面的数据大多数都是拷贝的父进程的，即子进程是以父进程为模版，所以子进程所要执行的代码也是跟父进程指向同一块区域

进程状态

进程状态——运行、阻塞、挂起。进程所谓的状态，其实本质就是task_struct中的一个整形变量，使用不同的数值，来表示不同的运行状态

运行状态R
一个CPU一个运行队列，当一个进程的PCB准备就绪，会被链入到运行队列中，等待被CPU调度，如下图：

处在运行队列里面的进程PCB就是运行状态R
阻塞状态
当一个进程需要键盘、网卡、磁盘等硬件资源时，操作系统会将该进程PCB链入到对应的设备队列中，等待硬件资源就绪，此时进程的PCB状态会变成阻塞，当硬件资源获取完毕就会将该进程的PCB继续链入到运行队列中，进程状态又会变成R运行状态
当进程在进行等待软硬件资源的时候，资源如果没有就绪，会进行：
1. 操作系统会将该进程设置为阻塞状态
2. 将该进程PCB链入等待的资源提供的等待队列中
挂起状态
前提：计算机资源已经比较吃紧了
操作系统会将内存中部分阻塞的进程的代码和数据拷贝到外设即：磁盘的特定区域swap分区，从而减小内存的压力，此时这部分进程的状态就是挂起。当CPU需要调度这些进程时，就会将这些进程对应的代码和数据从swap分区加载到内存中，如下示意图：