Linux系统 —— 进程系列 - 进程的概念，PCB与PID和fork
目录
1. 进程的基本概念与基本操作
1.1 总结：什么才是进程
2. 描述进程-PCB（process control block）
2.1 task_ struct
2.2 task_ struct内容分类
2.3 组织进程
3. PID
获取当前进程PID - getpid
获取父进程PID - getppid
如何查看进程
1 进程的信息可以通过 /proc 系统⽂件夹查看
2 我们还可以使⽤top和ps这些⼯具来获取
4. fork - 创建子进程
4.1 为什么fork要给父进程返回子进程的pid， 给子进程返回0呢？
4.2 fork函数为什么会返回两次？
总结：
1. 进程的基本概念与基本操作
课本概念：程序的⼀个执⾏实例，正在执⾏的程序等
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体
但是，上面的内容对于我们初学者来说是非常难以理解的，所以我们可以画图来进行理解
一个程序运行起来叫做进程，未运行起来就是一个二进制文件，存储在磁盘当中，程序运行之前要加载到内存，在操作上就是（./cmd） ，而真正意义当我们执行时cmd就会加载到内存当中去
这里我们是把一个程序加载到内存，有没有可能我们在操作系统里，在同一时刻我们可以把成百上千给程序加载到内存里呢？答案是一定的
而有一款软件是最开始就加载进来了，叫做操作系统
如上图，我们可以看到在内存中，有很多加载的程序，那么我们就有一个问题：这些程序在内存中的什么位置被加载？代码和数据是否已经被cpu已经执行完毕呢？有没有可能其中的程序需要暂停运行？有没有可能其中内存不够了，需要扩容呢？
所以在内存中有这么多加载的内存，它们都需要申请内存和加载内存，所以操作系统要对这些进程，这些代码进行管理，但是我们可以做管理吗？答案是不能，因为操作系统虽然知道里面有代码，但是操作系统并不知道是那个进程
但是我们有没有解决方法呢？答案是先描述，再组织
操作系统会在操作系统内部（内核）给每一个代码和数据构建一个struct结构体，然后每加载进来一个程序，操作系统就为该程序创建一个同类型的对象，然后把当前这个进程按照创造的对象填写好信息，填好之后就有了一个对应的节点，而这里每一个节点都有对应的指针可以指向对应的代码和数据
与此同时，我们对应的每个节点当中，它的指针还可以指向它的下一个节点，最终在操作系统内我们形成了一个程序列表，我们把这个程序列表叫做进程列表
1.1 总结：什么才是进程
2. 描述进程-PCB（process control block）
其实我们上面已经见过PCB了，就是我们上面创建的结构体，在操作系统中所有表示进程的都叫PCB，而这个结构体叫做进程控制块
进程控制块里包含进程的所有属性，进程的所有属性都可以直接或者间接通过 task_ struct找到
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
所以为什么一个进程加载的时候操作系统要给它创建一个对应的PCB即task_ struct对象呢？
因为操作系统要管理进程，所以要先描述，再组织，所以必须要有描述进程的task_ struct再组织管理成数据结构，操作系统就会转化成对应数据结构的增删查改
操作系统要对进程做管理，那么就必须要对进程的PCB做管理
2.1 task_ struct
Linux中进程控制块PCB-------task_struct结构体结构 - 童嫣 - 博客园
https://www.cnblogs.com/tongyan2/p/5544887.html
1. 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct
2. 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
2.2 task_ struct内容分类
1. 标示符: 描述本进程的唯⼀标⽰符，用来和其他进程进行区别
2. 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等
3. 优先级: 相对于其他进程的优先级
4. 程序计数器: 程序中即将被执⾏的下⼀条指令的地址
5. 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
6. 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]
7. 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
8. 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
9. 其他信息
2.3 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
在linux内核中， 最基本的组织进程task_struct的方式， 是采用双向链表进行组织的
3. PID
获取当前进程PID - getpid
进程创建的时候， 里面都有一个自己的PID，我们如何在一个程序运行时获取这个程序的PID呢？
如图所示，操作系统里面上层是系统调用， 下层是内存缓冲区， 这个时候内存中已经缓存了两个进程，PCB对象里面含有PID，我们可以使用ps axj和管道来获取进程的PID
但是我们都知道，操作系统不相信我们用户， 所以我们就不能直接访问PCB（task_struct）也就是里面的PID， 状态等， 想要获取这些字段就必须使用系统调用接口
如果我们想要获取当前进程的PID的系统调用接口的话，我们就要使用getpid（）， 这个函数在哪个进程里被调用， 就会返回哪个进程的PID
注意：pid是一个整形， 下面是我们自己定义的一个获取系统调用接口的程序
当前进程为：
获取父进程PID - getppid
对上面的概念进行试验之后， 我们再来看一下父进程， 也就是PPID
我们发现，父进程ppid都是不改变的，而pid每次都是变化的，这是为什么呢？
我们联想到王婆的例子
王婆不想给自己的牌子砸了，所以就找了些实习生去解决，不需要王婆亲自去解决了，派实习生去解决，所以我们的-bash就是王婆（父进程）
1.运行一个进程时，系统会自动创建bash进程
2.命令行再执行所有的程序或者指令时，它所对应的进程，所对应的父进程就是bash本身。我们自己执行的程序或者指令都是bash进程的子进程
3.执行出问题的时候，只会是子进程出问题，不会影响bash进程
4.我们启动xshell时候，系统自动生成bash进程，显示命令行
如何查看进程
1 进程的信息可以通过 /proc 系统⽂件夹查看
如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个⽂件夹
proc文件夹里面的目录都是临时文件，当进程开始就会创建一个以这个进程的pid作为名字的文件夹，进程结束的时候就会删除这个文件夹
我们发现： 这些进程都是目录， 并且这些目录的名字都是数字
我们可以通过proc文件来查看这个进程更详细的信息
2 我们还可以使⽤top和ps这些⼯具来获取
ps：
top：
在命令行中，执行命令/执行程序，本质是bash的进程，创建子进程，来执行我们的代码
4. fork - 创建子进程
fork是一个系统调用，fork没有参数，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）
fork函数的本质就是是一个系统调用
上面那张图意思就是说如果fork函数成功了， 那么给父进程返回子进程的pid， 0返回给子进程。 如果失败了， 就返回 -1 给父进程。 并且没有子进程被创建
也就是说， fork有两个返回值， 并且这两个返回值的类型都是pid_t， 也就是有符号整形
运行结果：
我们可以看到每一秒打印一条父进程， 打印一条子进程，这说明父进程和子进程是同时进行的，并且id > 0, 和 id == 0同时成立， 如果在其他的代码中， 这两种情况不可能同时存在，但是在调用的fork下就可以
所以在我们fork之后所有的代码都是共享的，只不过父进程认为自己>0，子进程认为自己=0,所以父进程会进入第三个，子进程会进入第二个，所以我们就可以做到父子执行不同的代码块
到了这里，我们有几个问题
4.1 为什么fork要给父进程返回子进程的pid， 给子进程返回0呢？
在我们的操作系统里，我们的父进程比上子进程是1：N的，简单来说就是任何一个父进程可以有一个或者多个子进程
所以我们在创建子进程时，一定要把子进程的pid返回给父进程，因为父进程需要通过返回的不同的pid来区分不同的子进程，而子进程不需要获得父进程的pid，因为子进程已经能够获得getppid了，所以子进程只需要表明自己成功建立就可以了
4.2 fork函数为什么会返回两次？
在这个问题之前我们先讨论另一个问题：一个函数执行到return时，函数的核心功能做完了吗？答案是核心功能已经完成了
fork函数的本质就是是一个系统调用
如图所示：fork函数创建子进程后， 函数后面的代码就会被子进程和父进程所共享
当fork函数里面创建好子进程后（绿色方框部分） 子进程就被创建出来了， 然后执行流就变成了两个（可以使用if或者else或者else if来进行分流）， 一个子进程的执行流， 一个父进程的执行流
也就是说， 这个时候的return语句， 其实就是由两个执行流会执行它，因为return也是语句，所以会被执行两次，而这两个执行流都会返回一个值，所以这就是为什么fork会有两个返回值， 并且返回值给一个给子进程， 一个给父进程的原因
总结：
1. 进程具有独立性，简单来说就是一个进程挂掉了并不会影响其他进程，哪怕是父进程挂掉了也不会影响子进程
如果子进程和父进程公用一个数据块， 当子进程改变数据的时候， 父进程也会改变数据，所以 不能让父进程和子进程共享一份数据
对于子进程来说数据是独立的，所以当创建子进程的时候要拷贝一份父进程的数据独立出来
这个时候父进程崩溃或者子进程崩溃都不会影响对方
未完待续~