【Linux系统编程】进程管理探秘：从硬件架构到僵尸/孤儿进程

💗博主介绍：计算机专业的一枚大学生来自重庆 @燃于AC之乐✌专注于C++技术栈，算法，竞赛领域，技术学习和项目实战✌💗

💗根据博主的学习进度更新（可能不及时）

💗后续更新主要内容：C语言，数据结构，C++、linux（系统编程和网络编程）、MySQL、Redis、QT、Python、Git、爬虫、数据可视化、小程序、AI大模型接入，C++实战项目与学习分享。

👇🏻 精彩专栏推荐订阅👇🏻

点击进入🌌作者专栏🌌：
Linux系统编程✅
算法画解✅
C++✅

🌟算法相关题目点击即可进入实操🌟

感兴趣的可以先收藏起来，请多多支持，还有大家有相关问题都可以给我留言咨询，希望希望共同交流心得，一起进步，你我陪伴，学习路上不孤单！

进程概念

1.冯诺依曼体系结构
- [1.1 组成](#1.1 组成)
- [1.2 注意](#1.2 注意)
2.操作系统
- [1.1 概念](#1.1 概念)
- [1.2 设计目的](#1.2 设计目的)
3.进程
- [3.1 基础概念](#3.1 基础概念)
- [3.2 通过系统调用获取进程标示符](#3.2 通过系统调用获取进程标示符)
- [3.3 linux内核：](#3.3 linux内核：)
- [3.4 僵死（尸）进程](#3.4 僵死（尸）进程)
- [3.5 孤儿进程](#3.5 孤儿进程)

1.冯诺依曼体系结构

大多数的计算机都遵守冯诺依曼体系结构。

1.1 组成

1.输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等；

2.中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等；

3.输出单元：显示器，打印机等。

1.2 注意

1.这里的存储器指的是内存；

2.不考虑缓存情况，CPU只能对内存进行读写，不能访问外设（输入设备、输出设备）；

3.外设进行输入或输出数据，也是只能对内存。

也就是说，所有设备都只能直接和内存打交道。

cpu-> <-内存，程序在运行前，在磁盘：文件，运行，会加载到内存，数据是从一个设备拷贝道另一个设备。

2.操作系统

1.1 概念

概念：任何计算机都包含一个基本的程序集合，称为操作系统（Operator System）,是进行软硬件管理的软件。

（1）内核（进程、内存、文件、驱动管理）

（2）其他程序（shell程序，函数库等）

1.2 设计目的

对下层，与硬件交互管理所有的软硬件资源。（手段）

对上层，为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境。（目的）

有点类似于计算机网路的逻辑，与下层功能的结合，管理作用，为上层提供更好的服务。

高聚集，低耦合。

(1)软硬件体系结构层状结构；

(2)访问操作系统，必须使用系统调用 -> 其实就是函数，只不过是系统提供的；

(3)我们的程序，只要判断访问了硬件，那么必贯彻整个软硬件体系结构；

(4)库可能在底层封装了系统调用。

3.操作系统的定位是一款纯正的"搞管理"的软件。

4.计算机管理硬件：

描述与组织。

1.用struct结构体描述单个所有信息；

2.用链表或其他高效的数据结构将它们组织起来。

5.系统调用和库函数

（1）站在开发角度，操作系统对外表现为一个整体，为外层提供一些接口，供上层开发使用，由操作系统提供的接口，叫做系统调用。

（2）系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对比较高，开发者对一些系统调用进行封装，形成库，利于二次开发。

3.进程

3.1 基础概念

1.概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等；担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

2.PCB（process control block）：进程信息被放在一个叫进程控制块的数据结构中，进程属性的集合, linux操作系统下PCB是task_struct，它被封装在RAM（内存）里并且包含着进程的信息。

3.task_struct

标示符: 描述本进程的唯⼀标示符，用来区别其他进程。

（1）状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。

（2）优先级: 相对于其他进程的优先级。

（3）程序计数器: 程序中即将被执⾏的下⼀条指令的地址。

（4）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

（5）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]。

（6）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。

（7）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。

......

组织进程

可以在内核源代码里找到，所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核里。

3.2 通过系统调用获取进程标示符

进程id（PID）

父进程（PPID）

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
 printf("pid: %d\n", getpid());
 printf("ppid: %d\n", getppid());
 return 0;
 }

进程状态：

3.3 linux内核：

在linux内核里，进程有时候也叫任务，一个进程可以有几个状态：

（1）R(running)运行状态：不代表进程一定在运行中，也可能在队列里；

（2）S(sleeping)睡眠状态：进程在等待事件完成（中断睡眠状态）；

（3）D(disk sleep)磁盘休眠状态：在这个状态的进程通常会等待I/O的结束（不可中断睡眠状态）；

（4）T(stopped):可以通过发送SIGSTOP信号来给进程停止进程，发送SIGCOUNT信号让进程继续运行；

（5）X(dead)死亡状态：只是一个返回状态，不会在任务列表里看到这个状态。

进程状态查看操作：

bash 复制代码

ps aux / ps axj 命令

a: 显示一个终端所有的进程，包括其他用户的进程。

x: 显示没有控制终端的进程，例：后台运行的守护进程。

j: 显示进程归属的进程组ID、会话ID、父进程ID、以及与作业控制相关的信息。

u: 以用户为中心的格式显示进程信息，提供进程详细信息，例如：用户、CPU和内存使用情况等。

3.4 僵死（尸）进程

（1）Z(zombie)-僵尸进程：将死状态是一个特殊的状态，进程退出并且父进程（使用wait()系统调用）没有读取到子进程退出返回的代码时就会产生僵（死）尸进程；

（2）僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码；

（3）子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，那么，子进程进入僵死（尸）状态。

创建一个维持30s的僵死进程

c 复制代码

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

int main()
{
 pid_t id = fork();
  if(id < 0)
{
perror("fork");
 return 1;
}
  else if(id > 0)
{
  printf("parent[%d] is sleeping ...\n", getpid());
  sleep(30);
}
  else
 {
   printf("child[%d] is begin Z ... \n", getpid());
    sleep(5);
     exit(EXIT_SUCCESS);
  }
 return 0;
}

僵尸进程的危害：

（1）进程的退出状态一定要被维持下去，从而告诉父进程交给子进程的任务完成得怎么样，如果父进程一直在运行，没有读取，那么子进程一直处于僵尸状态；

（2）要用数据维护退出状态，属于进程的基本信息，保存在task_struct(PCB)中，z状态一直不退出，PCB一直要维护；

（3）一个父进程创建了很多子进程，不回收，会造成内存资源得浪费。

3.5 孤儿进程

父进程提前退出，子进程后退出，进入Z之后，子进程称为"孤儿进程"。孤儿进程被1号initi进程领养，也有init进程回收。

创建一个孤儿进程：

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
   pid_t id = fork();
   if(id < 0){
      perror("fork");
     return 1;
    }
     else if(id == 0){
     printf("I am child, pid: %d\n", getpid());
     sleep(10);
     }
    else
    {
    printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
    sleep(3);
    exit(0);
}
return 0;
}

加油！志同道合的人会看到同一片风景。

看到这里请点个赞 ，关注，如果觉得有用就收藏一下吧。后续还会持续更新的。创作不易，还请多多支持！