学习笔记——进程

进程

一、基本概念

1. 进程定义

• 进程：程序执行的过程，需要分配内存资源和CPU资源

• 程序：静态存储在硬盘中的代码和数据的集合

2. PCB（进程控制块）

• 结构体：process control block

• 系统用于描述正在运行的进程的所有信息

• 包含内容：

  • PID（进程标识符）

  • 当前工作路径 chdir

  • umask（默认0002）

  • 进程打开的文件列表

  • 信号相关设置（处理异步IO）

  • 用户ID、组ID

  • 其他状态信息

3. 进程资源限制

• 打开文件个数：1024

• 栈大小：8M

二、进程与程序的区别

方面	程序	进程
状态	静态（硬盘存储）	动态（执行过程）
存在时间	永久	暂时
状态变化	无	有创建、调度、消亡
并发性	无	可以并发执行
资源竞争	无	存在竞争计算机资源
对应关系	可运行多次→多个进程	可运行一个或多个程序

执行流程：

.c文件 → 编译 → a.out(可执行文件) → 执行 → process(进程，有PID)

三、虚拟内存与进程空间

1. 虚拟内存作用

• 隔离性：A进程不能访问B进程的内存空间

• 安全性：通过权限控制访问内核（Linux系统运行在内存上）

2. 进程分类

1. 交互式进程：需要用户输入，给出对应输出

2. 批处理进程：Shell脚本，批量执行命令

3. 守护进程：自动运行，默认不需输入，休眠状态，特定条件触发运行

   • 示例：更新进程、杀毒软件

四、并发与进程调度

1. 并发

• 定义：在一个时间段内同时运行多个任务的能力

• 宏观并行：时间段内每个进程都在运行

• 微观串行：某一时刻只有一个进程在运行

2. 进程调度

• 原因：多个进程想运行，但CPU只有一个

• 常见调度算法：

  • 时间片轮转

  • 短任务优先

  • 进程优先级

  • 完全公平调度算法（CFS）

3. 进程上下文切换

• 场景：A进程CPU时间片耗尽，需运行B进程

• 过程：

  1. A进程将状态信息（PCB、寄存器、PC、内存数据）缓存到硬盘

  2. A进程释放内存

  3. B进程将缓存数据读入内存

  4. B进程开始运行

五、Linux进程相关命令

命令	功能
ps aux	显示所有进程相关信息
top	Linux任务管理器
kill -9 pid	强制关闭指定PID的进程
killall -9 a.out	关闭所有名为a.out的进程

六、进程相关函数

1. fork() 函数

pid_t fork(void);

• 功能：从当前进程克隆一个同名新进程（子进程）

• 特点：

  • 一次调用，返回两次

  • 执行顺序不确定（子进程或父进程可能先运行）

  • 变量不共享（各自独立的内存空间）

  • 子进程复制父进程的0-3G空间和PCB（PID不同）

  • 子进程从fork()之后开始执行

• 返回值：

  • 父进程中：成功返回子进程PID(>0)，失败返回-1

  • 子进程中：成功返回0

2. getpid() 函数

pid_t getpid(void);

• 功能：获得调用进程的PID

• 返回值：进程PID

3. getppid() 函数

pid_t getppid(void);

• 功能：获得调用进程的父进程PID

• 返回值：父进程PID

七、重要概念总结

1. 进程状态：包括创建、就绪、运行、阻塞、终止等状态

2. 进程关系：父子进程关系，一个父进程可以有多个子进程

3. 进程独立性：每个进程有独立的地址空间，互不干扰

4. 进程复制：fork()创建的子进程是父进程的拷贝

5. 进程生命周期：从创建到终止的完整过程

八、理解要点

1. 进程是动态的，程序是静态的

2. PCB是进程的核心，记录了进程的所有信息

3. 并发是通过调度实现的，不是真正的并行

4. 父子进程共享代码段，但数据段是独立的

5. 进程调度是操作系统的核心功能，确保系统高效运行