Linux：进程概念的引入和理解

海绵宝宝de派小星2023-09-25 20:36

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前面对操作系统有了一个基础的认知，从中得出的最重要的一个思想是，在认识一个新事物前要先描述，再组织，有了这样的思想也可以用于学习进程的概念

进程的初步理解

有了前面的思想，那么如何来描述一个进程？进程的概念是什么呢？

在官方的解释中，将进程解释为运行起来的程序和在内存中的程序，严格意义来说这并不好理解，进程和程序很明显是不一样的，但是仅仅通过这样的概念是无法达到理解进程的程度，因此就需要进行其他方面的理解

当程序在运行的时候，是从哪里开始的？这要由程序的存储位置决定，程序终究本质上是一个文件，既然是文件就必然是存储在了磁盘中，因此程序要运行起来就要从磁盘转移到内存，这个转移的过程就叫做加载，那么程序现在已经加载到内存中了，但是内存中只是一个一个单独的程序，如何将它们进行管理？因此就出现了前面提到的关键词---操作系统

操作系统是一个纯粹的管理类的软件，同时也是在电脑运行的时候第一个启动的软件，因此不管什么时候将磁盘中的文件加载到内存中，此时内存中早已有一个软件被提前启动了，这个软件就是操作系统，那么操作系统就有了一个作用：用来管理这些磁盘中的程序，当它们进来的时候已经是进程了，那操作系统是不是要管理这些进程？那如何管理？就要先描述再组织

如何描述进程？

在日常生活中，想要管理人，就要先对人进行描述，比如定义一个结构体，里面存储的是人的各种属性，比如说学号，姓名，住址，手机号等等...有了这些信息就能把人的数据进行管理，能管理人的数据就能对人进行组织进行具体的实质性的管理

那么对于进程来说也是这样，那如何描述进程？有很多描述的属性，比如说进程的id，进程的代码地址，进程的数据地址，进程的状态，进程的优先级，进程的链接字段，能不能把进程像链表一样链接起来可以帮助我们快速的找到进程？因此肯定会有指针的概念存在，前面说的这些属性就共同组成了进程的概念，那这个结构体的名字叫什么？它有一个官方的名字叫做进程的pcb，而通过这些进程的pcb，操作系统就可以像人管理人一样将进程也进行管理，这样就将操作系统和进程结合在了一起

进程的实质理解

那前面铺垫了很多，将进程和操作系统联系在了一起，那么说到头，进程到底是什么呢？

进程=可执行程序+内核数据结构(PCB)

由于我们的研究对象都是在Linux环境下进行研究，那么重点是讲述在Linux下的进程概念，在Linux操作系统下，进程的PCB被叫做是task_struct，也就是说，在Linux下描述进程的结构体不叫PCB，叫做task_struct，这是Linux内核中的一种数据结构，它会被装载到内存中，并且当中会包含着进程的信息，用下图来简答说明这段概念

图片很清晰的表现了上面内容的具体意义，磁盘上的可执行程序被加载到了内存中，而内存中早已加载好了操作系统等待着管理进程，当程序进入内存后，操作系统就为每一个进程创建了独属于它的task_struct，这个结构体是用来描述这个进程的，当进来的每一个进程都有一个独属于它的结构体后，就可以利用这些结构体的数据对进程进行管理，在内部操作系统通常是使用链表的形式对进程进行管理，当有进程被杀死后就删除，有新的进程进来就插入，采用的是双向链表能够提高一些效率等等，因此上面对于进程的概念就很好理解了，进程就是可执行程序和内核的数据结构

下面对进程的理解进行一些其他的解析：

进程的管理被建模成了数据结构

数据结构是被抽象出来的概念，那么在实际应用中其实数据结构存在的意义就在于此处，通过数据结构可以很方便的对于数据的管理，以上图展示的进程为例，操作系统作为管理类的软件要进行数据的管理，那管理数据的方式就是借助数据结构，借助双向链表的这种数据结构，就可以把对于进程的管理建模成为对于双向链表的增删查改，有了这样的思维管理和处理数据就显得简单了许多

进程的PCB可以存在于多个链表

进程的PCB不一定一定是上图中画的这一条链表，从本质上来说链表中的这些节点只是链表中的一些数据而已，可以在很多条链表中同时存在这些数据

进程不一定只能在链表中

上面提到了，数据结构可以用来管理数据，对于上图的描述来说，只是讲数据放在了链表中进行管理，但是实际上并不意味着只能在链表中进行数据的管理，还可以放在队列等其他数据结构中进行建模管理

小结

从这一个章节结束后，对于进程的理解就已经初步搭建起来了，但这都是理论上的停留，对于进程的实践可以更好的帮助理解进程

查看进程

在Linux中，如果想要查看进程，可以在/proc系统文件夹中查看


可以使用ps和top来获取进程信息

shell 复制代码 
# 查看进程的信息
[test@VM-16-11-centos ~]$ ps aux
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root         1  0.0  0.1 191148  3812 ?        Ss   Jul15  11:50 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 22
root         2  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:02 [kthreadd]
root         4  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kworker/0:0H]
root         6  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   2:03 [ksoftirqd/0]
root         7  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:26 [migration/0]
root         8  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:00 [rcu_bh]
root         9  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15  21:54 [rcu_sched]
root        10  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [lru-add-drain]
root        11  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:14 [watchdog/0]
root        12  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:12 [watchdog/1]
root        13  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:27 [migration/1]
root        14  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   1:51 [ksoftirqd/1]
root        16  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kworker/1:0H]
root        18  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:00 [kdevtmpfs]
root        19  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [netns]
root        20  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:01 [khungtaskd]
root        21  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [writeback]
root        22  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kintegrityd]
root        23  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [bioset]
root        24  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [bioset]
root        25  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [bioset]
root        26  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kblockd]
root        27  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [md]
root        28  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [edac-poller]
root        29  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [watchdogd]
root        35  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:02 [kswapd0]
root        36  0.0  0.0      0     0 ?        SN   Jul15   0:00 [ksmd]
root        37  0.0  0.0      0     0 ?        SN   Jul15   0:07 [khugepaged]
root        38  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [crypto]
root        46  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kthrotld]
root        48  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kmpath_rdacd]
root        49  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kaluad]
root        51  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kpsmoused]
root        52  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ipv6_addrconf]
root        65  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [deferwq]
root       106  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   1:42 [kauditd]
root       203  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [iscsi_eh]
root       253  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ata_sff]
root       262  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:00 [scsi_eh_0]
root       267  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [scsi_tmf_0]
root       268  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15   0:00 [scsi_eh_1]
root       269  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [scsi_tmf_1]
root       272  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ttm_swap]
root       277  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:31 [kworker/0:1H]
root       292  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul15  11:01 [jbd2/vda1-8]
root       293  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ext4-rsv-conver]
root       300  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:20 [kworker/1:1H]
root       381  0.0  3.0 134284 62172 ?        Ss   Jul15  15:18 /usr/lib/systemd/systemd-journald
root       404  0.0  0.0 116644  1088 ?        Ss   Jul15   0:00 /usr/sbin/lvmetad -f
root       409  0.0  0.0  45388  1744 ?        Ss   Jul15   0:00 /usr/lib/systemd/systemd-udevd
root       501  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [nfit]
root       515  0.0  0.0  55532  1064 ?        S<sl Jul15   3:11 /sbin/auditd
libstor+   556  0.0  0.0   8580   796 ?        Ss   Jul15   0:13 /usr/bin/lsmd -d
dbus       561  0.0  0.1  60312  2308 ?        Ss   Jul15  10:41 /usr/bin/dbus-daemon --system --address=systemd: --nofork --nopidfile --sys
root       566  0.0  0.0   4388   520 ?        Ss   Jul15   0:00 /usr/sbin/acpid
root       567  0.0  0.0  26384  1688 ?        Ss   Jul15   4:47 /usr/lib/systemd/systemd-logind
polkitd    568  0.0  0.4 614324  9852 ?        Ssl  Jul15   3:20 /usr/lib/polkit-1/polkitd --no-debug
root       612  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ib-comp-wq]
root       613  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [kworker/u5:0]
root       614  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ib-comp-unb-wq]
root       615  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ib_mcast]
root       616  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [ib_nl_sa_wq]
root       621  0.0  0.0      0     0 ?        S<   Jul15   0:00 [mlx5_ib_sigerr_]
root      1005  0.0  0.1 103004  2200 ?        Ss   Jul15   0:00 /sbin/dhclient -q -lf /var/lib/dhclient/dhclient--eth0.lease -pf /var/run/d
root      1070  0.0  0.4  61488 10140 ?        S<Ls Jul15   0:00 /sbin/iscsid -f
root      1072  0.0  0.7 574288 16108 ?        Ssl  Jul15   7:35 /usr/bin/python2 -Es /usr/sbin/tuned -l -P
root      1075  0.0  0.0  50096   956 ?        Ssl  Jul15   0:00 /usr/sbin/rshim
root      1180  0.0  1.5 731540 31080 ?        Ssl  Jul15   8:42 /usr/sbin/rsyslogd -n
root      1188  0.0  0.0  25908   952 ?        Ss   Jul15   0:00 /usr/sbin/atd -f
root      1195  0.0  0.0 126424  1656 ?        Ss   Jul15   0:42 /usr/sbin/crond -n
root      1205  0.0  0.0 110208   832 ttyS0    Ss+  Jul15   0:00 /sbin/agetty --keep-baud 115200,38400,9600 ttyS0 vt220
root      1206  0.0  0.0 110208   820 tty1     Ss+  Jul15   0:00 /sbin/agetty --noclear tty1 linux
root      1318  0.0  0.1  91888  2220 ?        Ss   Jul15   0:16 /usr/libexec/postfix/master -w
postfix   1328  0.0  0.1  92168  4052 ?        S    Jul15   0:03 qmgr -l -t unix -u
root      1370  0.0  0.2 113000  4368 ?        Ss   Jul15   3:15 /usr/sbin/sshd -D
root      1565  0.0  0.0  97492  1708 ?        Sl   Jul15   0:45 /usr/local/qcloud/stargate/bin/sgagent -d
ntp       1800  0.0  0.1  32044  2076 ?        Ss   Jul15   0:07 /usr/sbin/ntpd -u ntp:ntp -g
root      3243  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep21   0:00 [kworker/u4:0]
root      4695  0.0  0.0      0     0 ?        S    14:26   0:00 [kworker/1:0]
root      5449  0.0  0.8 988576 17532 ?        Sl   Jul15  26:46 /usr/local/qcloud/YunJing/YDLive/YDLive
root     14438  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep19   0:01 [kworker/u4:2]
root     14808  0.8  2.5 989324 52008 ?        Sl   Sep11 135:03 /usr/local/qcloud/YunJing/YDEyes/YDService
root     14911  0.0  0.3 1026504 7044 ?        Sl   Sep11   3:00 /bin/sh -c sleep 100
root     15264  0.0  0.3  29668  6356 ?        Sl   Aug30   4:58 /usr/local/qcloud/tat_agent/tat_agent
root     20043  0.0  0.3 157820  7604 ?        S    Aug31   0:21 barad_agent
root     20051  0.0  0.4 165176  9496 ?        S    Aug31  22:03 barad_agent
root     20052  0.6  0.8 756260 16492 ?        Sl   Aug31 202:31 barad_agent
test     20530  0.0  0.0  22244  1360 ?        Ssl  Sep12   0:00 /home/test/.VimForCpp/nvim test.s
test     20543  0.0  0.2  20904  4192 ?        Ssl  Sep12   0:00 /home/test/.VimForCpp/vim/bundle/LanguageClient-neovim/bin/languageclient
postfix  20942  0.0  0.2  91992  4108 ?        S    15:34   0:00 pickup -l -t unix -u
root     24271  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:48   0:00 [kworker/0:0]
root     27220  0.0  0.0      0     0 ?        S    16:00   0:00 [kworker/1:1]
root     27911  0.0  0.0      0     0 ?        R    16:03   0:00 [kworker/0:2]
root     29238  0.0  0.2 156876  5400 ?        Ss   16:08   0:00 sshd: test [priv]
test     29240  0.0  0.1 156876  2360 ?        D    16:08   0:00 sshd: test@pts/0
test     29241  0.0  0.1 116992  3468 pts/0    Ss   16:08   0:00 -bash
root     29450  0.0  0.0      0     0 ?        S    16:09   0:00 [kworker/0:1]
root     29765  0.0  0.0      0     0 ?        S    16:10   0:00 [kworker/1:2]
test     30118  0.0  0.0 155452  1872 pts/0    R+   16:11   0:00 ps aux

下面用实验证明进程的存在

首先创建test.c文件

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    while(1)
    {
        printf("正在打印进程\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

创建Makefile文件

shell 复制代码 
cc=gcc
src=test.c
target=mybin

$(target):$(src)
	gcc $^ -o $@
.PHONY:clean
clean:
	rm -f $(target)

此时启动程序，启动的同时观察进程的变化情况

shell 复制代码 
# 启动程序
[test@VM-16-11-centos test]$ ./mybin
shell 复制代码 
# 观察进程中mybin的情况
[test@VM-16-11-centos test]$ ps aux |grep mybin
test     16029  0.0  0.0   4216   352 pts/0    S+   17:24   0:00 ./mybin
test     16056  0.0  0.0 112816   980 pts/1    S+   17:24   0:00 grep --color=auto mybin

从中看出，mybin进程是确实存在的，并且其中还包含一个grep --color=auto mybin进程，因为调用grep管道指令也算一个进程

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