【Linux】详细介绍进程的概念

很多教材观点：

1、加载到内存的程序就叫进程；

2、正在运行的程序就叫进程；

但这些叙述是模模糊糊的，看着根本不明白进程到底是什么。下面我们逐步介绍：

事实上：程序会被编译成二进制文件，文件又是存在磁盘上，磁盘属于外设；

1、我们可以同时启动多个程序，将这多个程序加载到内存（通常是可执行程序.exe）；

2、操作系统必须去管理这些加载到内存的程序，比如如何给这些程序分配内存。

3、操作系统是如何管理加载到内存的程序呐，就是我们上述所介绍的：先描述再组织。

第3点过程介绍，引出进程的概念：

操作系统刚开始将进程加载到内存的时候，它是不认识这些进程的，所以根据"先描述，后组织"，会去创建一个结构体去描述这些进程，然后把对应的属性填入结构体的成员，这样就认识了，这样操作系统就可以通过访问这些结构体间接去管理这些进程数据。

如下：

这个结构体被叫做PCB（process ctrl block：进程控制块），上述图中只是部分属性，实际中可能有几百种属性。因为我们以链表为例，所以这里是在成员中添加一个PCB的指针用于指向下一个结点，这样对进程的管理就转化为对PCB链表的增删查改，这个就是对进程的建模过程。

上述就是大致管理图，

真正的进程概念如下：

进程 = 内核PCB对象（内核数据结构） + 可执行程序

所有对进程的控制和操作，都只和进程的PCB有关，和进程的可执行程序没有关系，因为是通过访问PCB去间接管理可执行程序，我们上面只是以链表为例，实际PCB结构体可以用任意数据结构进行管理。

二、Linux中PCB的操作系统学科叫法：task_struct

1、简单认识task_ struct内容分类

（1）标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
（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、问题：操作系统怎么知道当前程序执行到哪一行代码了？

这就是通过task_ struct的内容中程序计数器知道的。CPU中存在一个eip寄存器（也叫PC指针），实际上程序计数器就是PC指针，里面存的是当前正在执行的指令的下一条指令，那些判断、循环、函数跳转等等操作的本质就是修改PC指针，因为程序是从上往下执行的，而这些操作都会改变这个顺序，所以实际上修改的是PC指针。

三、linux关于进程的常用指令：

1、ps axj

这个指令用来查看所有进程：

2、运行一个.c可执行文件

cpp 复制代码
 1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 int main()
  4 {
  5     while(1)
  6     {
  7         printf("i am a process!\n");
  8         sleep(2);
  9     }
 10     return 0;
 11 }
如上，写了一个test。c文件，此时我们将它编译运行，如下：

此时这个程序就变成了一个进程，我们可以通过指令查看

3、 ps ajx | head -1

该指令用来显示当前系统中所有进程表头的详细信息。

但为了看见我们自己的，我们可以筛选一下，使用指令：
cpp 复制代码
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess
这样可以筛选包含myprocess关键词的内容：

这里会显示第二行内容是因为：几乎所有的独立的指令都是程序，运行起来也会变成进程，所以筛选的时候会把grep这个进程也筛选进来，如果不想看到，可以使用-v选项，反向筛选不包括grep关键词的：
cpp 复制代码
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess | grep -v grep

4、man getpid

这个指令用来查看getpid这个函数的信息：getpid就是一个系统调用，用来查看当前进程的pid值，返回值pid_t类型相当于int

5、man getppid

首先我们要知道，一般在linux中，普通进程都会有父进程，而getppid就是用来查看当前进程的父进程的pid值，man指令就是用来查看这个函数的信息。

6、每一次启动程序，当前进程的pid值都会变化

每一次启动程序，当前进程的pid值都会变化，因为每次启动程序，都会是一个新进程。

但会发现父进程始终不会变。

所以我们可以看一下父进程10645是谁？使用如图指令后，发现是进程bash。

bash就是命令行解释器，所以我们命令行启动的进程都是bash的子进程。

7、进程的当前工作目录：

在文件操作中我们知道"fopen("file.txt","w");",如果不存在这个文件，就会在当前路径下帮我们创建这个文件。这里的当前路径我们以前都认为是该.c文件所在的路径，但实际上是当前可执行程序对应的进程的工作目录(cwd):

这里的cwd就是进程的当前路径，对应的下面还有exe程序对应的路径。

8、函数chdir

四、初识fork：通过系统调用fork创建新进程

1、通过一段代码引出fork

首先我们写一段测试代码：
cpp 复制代码
  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<sys/types.h>
  4 int main()
  5 {
  6     printf("before fork:i am a prcess,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
  7     pid_t id = fork();
  8     printf("after fork:i am a prcess,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
  9     return 0;
 10 }                                                                                                                                                                       
运行结果如下：

我们会发现，我们代码中只有两个printf，但运行结果却打印了三行内容，原因就在于，当执行fork函数后，fork会创建子进程，所以此时会走两条分支，所以after的printf会打印两次，第一次打印的是父进程的内容，第二次打印的是子进程的内容，可以通过ppid看出打印顺序。

（所以可以这样理解，fork之后代码是父子进程共享的，相当于要执行两份代码）

2、fork的返回值

可以通过手册查看，发现fork的返回值如下：

如果创建失败，则返回-1；

如果创建成功，则给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0；因为父进程可以有多个子进程，而子进程只有一个父进程，所以父进程找子进程是比较困难的，就需要一些标识符，比如这里pid。子找父是比较简单的，比如直接getppid。

3、创建子进程的作用：

一般情况，我们创建子进程是想让父子进程去做不同的事，这样的场景就可以通过一些判断语句，结合fork的返回值，就可以让父子进程做不同的事。

这段代码也是让我们第一次接触同时运行两个死循环。

创建子进程的时候，操作系统会给子进程创建一个PCB，默认情况会将父进程的大部分属性拷贝给子进程，只有一些用于标识的属性才和父进程不一样，比如pid和ppid。创建一个进程的时候，系统中就会多一个进程。

问题：上述代码中一个id变量怎么会即等于0，又大于0呐？

首先我们要知道，一个进程崩溃了，是不会影响其他进程的，也就是说进程之间是具有独立性的，并不是相互影响。我们可以通过指令去杀死对应进程。

【Linux】详细介绍进程的概念

一、初识进程概念

真正的进程概念如下：

二、Linux中PCB的操作系统学科叫法：task_struct

1、简单认识task_ struct****内容分类

2、问题：操作系统怎么知道当前程序执行到哪一行代码了？

三、linux关于进程的常用指令：

1、ps axj

2、运行一个.c可执行文件

3、 ps ajx | head -1

4、man getpid

5、man getppid

6、每一次启动程序 ， 当前进程的pid值都会变化

7、进程的当前工作目录：

8、函数chdir

四、初识fork：通过系统调用fork创建新进程

1、通过一段代码引出fork

2、fork的返回值

3、创建子进程的作用：

问题：上述代码中一个id变量怎么会即等于0，又大于0呐？

1、简单认识task_ struct内容分类

6、每一次启动程序，当前进程的pid值都会变化