【Linux 进程详解】从 PCB 到 fork

【Linux 进程详解】从 PCB 到 fork，一篇搞懂进程核心知识

作为操作系统的核心概念之一，进程是程序运行的载体，也是理解 Linux 系统调度、资源管理的基础。本文将从进程定义、PCB 结构、进程与程序的区别，到虚拟内存、进程状态、调度机制，再到fork创建子进程的实操，全面梳理进程的核心知识。

一、进程是什么？

进程是程序的一次运行过程，它会占用系统的 CPU、内存等资源。

而操作系统用于管理进程的核心数据结构是 PCB（Process Control Block，进程控制块）------ 每个运行中的进程都对应一个 PCB，存储着进程的关键信息（如 PID、状态、资源限制等）。

二、PCB 的核心内容

PCB 是进程的 "身份证 + 资源清单"，以 Linux 系统为例，其 PCB 包含的关键信息（部分）：

PID：进程的唯一标识符；
运行状态：如就绪、运行、阻塞等；
资源限制：打开文件数上限（默认 1024）、栈大小（默认 8M）等；
文件描述符表：记录进程打开的文件、设备等；
用户 / 组 ID：进程所属的用户、组权限标识。

三、进程与程序的区别

很多人会混淆 "进程" 和 "程序"，核心差异如下：

维度	程序	进程
存在形式	永久（存储在磁盘的二进制文件）	临时（运行时才存在，结束后销毁）
状态变化	无（静态文件）	有（就绪、运行、阻塞等状态切换）
资源占用	不占用系统资源	占用 CPU、内存等资源
与其他实体的关系	无	进程间会竞争系统资源
运行方式	一个程序可运行多次，生成多个进程	一个进程对应一个程序的一次运行

四、进程的虚拟内存

Linux 中，进程的内存空间是虚拟地址空间 ，通过地址映射表与物理内存关联。这样做的核心目的是：

隔离性：进程不能直接访问其他进程的内存，避免相互干扰；
安全性：通过权限控制（如内核空间 / 用户空间划分），防止进程非法访问系统资源。

进程的虚拟地址空间通常分为多个段：

Code 段：存储程序的代码指令；
Data 段：存储全局变量、静态变量；
Heap 段 ：动态内存分配区域（如malloc申请的内存）；
Stack 段：存储函数栈帧、局部变量（默认大小 8M）；
共享区：用于进程间共享数据（如共享内存）。

五、进程的分类

根据运行特性，进程可分为 3 类：

交互式进程：需要用户输入、输出的进程（如 Shell、文本编辑器）；
批处理进程：后台自动运行的进程（如定时任务）；
守护进程 ：长期运行的后台进程（如sshd、nginx），通常在系统启动时运行，等待特定事件触发。

六、进程的状态与切换

进程在生命周期中会在多个状态间切换，Linux 中典型的进程状态包括：

就绪态：进程已准备好，等待 CPU 调度；
运行态：进程正在 CPU 上执行；
阻塞态：进程等待某事件（如 IO 完成、信号），暂时无法运行。

状态切换的触发条件：

就绪态 → 运行态：CPU 调度该进程；
运行态 → 就绪态：时间片耗尽，或被更高优先级进程抢占；
运行态 → 阻塞态：进程发起 IO 请求、等待信号等；
阻塞态 → 就绪态：等待的事件完成（如 IO 结束）。

七、进程的调度

Linux 是多任务操作系统，但 CPU 核心数有限，因此需要进程调度来决定 "下一刻哪个进程运行"。

常见的调度算法：

时间片轮转：每个进程分配固定时间片，超时则切换；
短任务优先：优先调度运行时间短的进程；
进程优先级：为进程设置优先级，高优先级进程优先运行；
完全公平调度（CFS）：Linux 默认调度算法，以 "公平分配 CPU 时间" 为核心。

八、进程的创建：fork 函数

在 Linux 中，创建新进程的核心函数是fork()，它会复制当前进程（父进程）的 PCB、地址空间等资源，生成一个新进程（子进程）。

fork 的返回值规则

父进程中：返回子进程的 PID（大于 0）；
子进程中：返回 0；
创建失败：返回 - 1。

示例：fork 创建子进程

运行

复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid > 0) {
        // 父进程逻辑
        printf("父进程PID：%d，子进程PID：%d\n", getpid(), pid);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程逻辑
        printf("子进程PID：%d，父进程PID：%d\n", getpid(), getppid());
    } else {
        perror("fork失败");
        return 1;
    }
    return 0;
}

运行结果（示例）：

plaintext

复制代码

父进程PID：1234，子进程PID：1235
子进程PID：1235，父进程PID：1234

九、进程相关的常用命令

ps ：查看进程信息（如ps aux查看所有进程）；
top：实时监控进程的 CPU、内存占用；
kill ：向进程发送信号（如kill -9 PID强制终止进程）。

以上就是 Linux 进程的核心知识，从概念到实操覆盖了进程的生命周期、管理、调度等关键环节。