深入理解Linux进程管理机制
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前言
进程是现代操作系统中一个不可或缺的概念，其主要目的在于管理资源、实现并发、提高系统效率，并确保系统的稳定性和安全性。
进程的定义
进程（Process） 是计算机操作系统中的一个基本概念，指的是一个正在运行的程序的实例。它是程序在计算机中执行的动态表现，不仅包含程序的代码（即可执行指令），还包括程序在运行时所需的各种资源，如内存、文件句柄、CPU时间等。
- 在理解操作系统的时候，OS是一个进行软硬件管理的软件。
- 进程通俗的理解就是一个被加载到内存的程序（进程也叫任务）
OS如何管理进程
在理解操作系统的时候提出来 ，OS进行管理是 先描述，后组织。
- 任何一个进程在被加载在内存的时候形成一个一个进程，这时候操作OS进行描述的过程。
PCB
PCB的理解
学校在对一个人管理学生的时候需要记录一个人的基本信息（是所有学生所共有的特征）有，姓名、身高、体重、身份证等等。OS引入了PCB（Process Ctrl Block）进程控制块：进程属性的集合（也就是描述的过程）
- 进程控制块（Process Control Block, PCB）是操作系统中用于描述和控制一个进程的最重要的数据结构。
- 可以把PCB理解为一个进程的“身份证”，它包含了操作系统对每个进程管理和调度所需要的所有信息。
- 当一个程序被创建并执行时，操作系统就为它创建一个PCB，用来追踪和管理它的状态。
PCB的内容
PCB的本质就是结构体（struct），里面储存了各种各样的信息，例如：
- 进程标识信息：进程ID（PID），父进程ID（PPID），用于唯一标识进程和维护进程关系。
- 进程状态：描述当前进程的状态，如就绪、运行、阻塞等。
- CPU寄存器和程序计数器：保存当前的CPU状态，以便进行上下文切换。
- 内存管理信息：如页表、段表，用于描述进程的内存空间。
- 调度信息：包括进程优先级、时间片等，用于进程调度。
- 资源信息：记录进程打开的文件描述符和使用的I/O设备。
通俗的讲：进程控制块（PCB，Process Control Block）本质上是一个数据结构，它是操作系统用来描述、管理和控制一个进程的所有关键信息的集合
形象的表述为
# 进程 = PCB（内核操作系统数据结构） + 自己数据代码
通过复杂的数据结构相互联系，形成有序的属性集合的连接（组织的过程）
Linux系统下进程的管理
上述说OS是通过PCB进行进程的管理，在Linux下的PCB是tast_struct(tast_struct是PCB的一种)，Linux下管理为2点
Linux系统下通过task_struct进行属性的描述。Linux系统下本质是通过双链表进行连接，进而达到OS对进程的管理
查看正在跑的进程：
特别说明：
- CWD（Current Working Directory），即当前工作目录
- exe是你正在执行的文件
CWD的作用
- 文件路径解析：在操作文件时，如果给定的路径是相对路径，那么相对路径就是基于当前工作目录进行解析的。例如，如果当前工作目录是
/home/user，而你输入命令cat example.txt，系统会寻找/home/user/example.txt这个文件。
查看标识符
# 输入：
ps ajx | head -1 ; ps ajx | grep 18549
看向第二行：
-
**PID（Process Identifier，进程标识符）**是操作系统分配给每个正在运行的进程的一个唯一标识符，用于区分不同的进程。
-
PPID（Parent Process Identifier） 是操作系统中用于标识一个进程的父进程的标识符。每个进程都有一个PID（Process ID），此外也有一个PPID，它用来表示该进程是由哪个进程创建的。
# 我们过滤信息，为什么会出现这一行
17986 18592 18591 17986 pts/1 18591 S+ 1000 0:00 grep --color=auto 18549
# 我们在过滤信息的通过`grep`, 这个也是个进程，所以在查看进程时过滤信息时候，grep也存在。
通过系统调用可以调用到获得PID和PPID
1 #include<iostream>
2 #include <unistd.h>
3 #include<sys/types.h>
4 using namespace std;
5
6 int main()
7 {
8 while(true)
9 {
10 cout << "进程id："<< getpid() <<endl; // 调用PID
11 cout << "进程pid："<< getppid() <<endl; // 调用PPID
12 sleep(3);
13 }
14 return 0;
15 }
执行结果：
ps ajx | head -1 ; ps ajx | grep 19038
bash的PID是process的PPIDbash是process的父进程，二者构成父子进程
通过系统调用创建进程
fork（）介绍
fork() 是操作系统中的一个关键系统调用，用于在运行的进程中创建一个新的进程。它最常用于Unix和Linux操作系统中，通过调用fork()，一个现有的进程可以复制出一个新进程。被创建的新进程被称为子进程（Child Process），而调用fork()的原始进程被称为父进程（Parent Process）。
fork() 的返回值
fork() 系统调用的返回值非常重要，因为它可以帮助进程分辨自己是父进程还是子进程。
- 父进程中返回子进程的 PID：在父进程中，
fork()的返回值是子进程的 PID（一个正整数），这意味着父进程可以知道新创建的子进程的进程标识符。 - 子进程中返回 0：在子进程中，
fork()的返回值为0，这意味着子进程可以识别自己是由fork()产生的副本。 - 错误返回值 -1：如果
fork()调用失败，例如系统资源不足时，它会返回 -1，表示进程创建失败。此时，通常需要进行错误处理。
# 执行代码
#include<iostream>
2 #include <unistd.h>
3 #include<sys/types.h>
4 using namespace std;
5
6
7 int main()
8 {
9 pid_t id = fork();
10
11 if(id == 0)
12 {
13 while(true)
14 {
15 cout<<"子进程："<< id << endl;
16 sleep(5);
17 }
18 }
19 else if(id > 0)
20 {
21 while(true)
22 {
23 cout<<"父进程："<< id << endl;
24 sleep(5);
35 return 0;
36 }
查看进程：
# 执行 每3秒刷新一下进程
while : ; do ps axj | head -1 && ps axj | grep process | grep -v grep ; sleep 3 ;done
-
- 两个
process上面进程 PID 23296 下面进程的PPID是 23296
- 两个
- 父子进程和的
PID是 21346
当 fork() 被调用时，操作系统会：
-
操作系统创建一个新进程（子进程），并复制父进程的地址空间。此时父子进程的地址空间是独立的，但内容完全相同。
-
虽然父子进程的地址空间是复制的，但现代操作系统通常使用**写时复制（Copy-on-Write）**优化。即只有在进程修改数据时，才真正复制内存。
-
两个独立的进程在同时独立运行实现了返回值的不同，这就是为什么出现两个返回值。
如何实现区分：
-
操作系统在内核中维护进程表。当
fork()被调用时，系统为子进程分配一个新的进程表项（即子进程的 PID）。 -
根据系统调用的上下文，内核可以清楚地知道当前执行的是父进程还是子进程，并返回相应的值。
-
上述代码在fork返回值的不同进程之间，数据发生了写时复制通过调用系统上下文对返回值进行确定。
什么出现两个返回值。
如何实现区分：
-
操作系统在内核中维护进程表。当
fork()被调用时，系统为子进程分配一个新的进程表项（即子进程的 PID）。 -
根据系统调用的上下文，内核可以清楚地知道当前执行的是父进程还是子进程，并返回相应的值。
-
上述代码在fork返回值的不同进程之间，数据发生了写时复制通过调用系统上下文对返回值进行确定。