Linux软件编程：进程

一、进程的基本概念

1.1 程序与进程

• 程序：静态存储在硬盘上的指令与数据的集合。

• 进程：程序的一次动态执行过程，包括创建、调度、执行到终止的完整生命周期。进程是系统进行资源分配和调度的基本单位。

1.2 进程的虚拟地址空间

每个进程在启动时，操作系统会为其分配一个独立的0--4GB虚拟地址空间，结构如下：

段名	存储内容	说明
.text	代码指令	只读，存放程序代码
.rodata	只读数据（如字符串常量）	不可修改
.data	已初始化的全局变量与静态变量	编译时分配，运行时加载
.bss	未初始化的全局变量与静态变量	进程启动时初始化为0
stack	局部变量、函数调用信息	默认大小8MB，向低地址增长
heap	动态分配的内存	由程序员管理，向高地址增长
kernel space	内核代码与数据	用户进程无法直接访问

多个进程虽然共享相同的虚拟地址空间布局，但通过MMU（内存管理单元）映射到不同的物理内存区域，实现了进程间的内存隔离。

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二、进程的管理与监控命令

以下命令在终端中用于查看、控制进程状态：

命令	功能说明	示例
top	实时查看系统进程与CPU占用率	top
ps -ef	查看系统中所有进程的详细信息	`ps -ef
ps -aux	查看进程状态（包括CPU、内存占用）	`ps -aux
kill	向进程发送信号，常用-9强制终止	kill -9 1234
killall	根据进程名终止进程	killall -9 firefox
&	将进程置于后台运行	./server &
jobs	查看当前终端下的后台任务列表	jobs
fg	将后台任务调至前台执行	fg %1
nice	以指定优先级启动进程（-20最高，20最低）	nice -n 10 ./app
renice	调整已运行进程的优先级	renice -n 5 1234

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三、进程调度算法

Linux内核采用多种调度策略，常见的有：

1. 先来先服务（FCFS）

2. 短作业优先（SJF）

3. 优先级调度

4. 时间片轮转（Round Robin）

   CPU为每个进程分配一个时间片（通常5--10ms），时间片用完则切换进程，实现宏观上的并发执行。

5. 多级反馈队列（MLFQ）

6. 负载均衡调度

7. 抢占式调度

调度算法的选择直接影响系统的响应速度、吞吐量及公平性。

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四、进程的状态

Linux进程在其生命周期中会经历以下几种状态：

状态标识	状态名称	说明
R	运行态	进程正在CPU上执行
R	就绪态	进程已准备好，等待CPU调度
S	可唤醒等待态	进程因等待某资源（如I/O）被挂起，可被信号唤醒
D	不可唤醒等待态	进程等待某关键资源（如磁盘I/O），不可被中断
T	停止态	进程被用户或系统暂停（如Ctrl+Z）
Z	僵尸态	进程已终止，但其资源尚未被父进程回收
X	结束态	进程完全终止，资源已回收

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五、进程相关系统调用（C语言）

5.1 进程创建：fork()

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

• 功能：创建子进程，子进程复制父进程的地址空间。

• 返回值：

  • 父进程返回子进程PID；

  • 子进程返回0；

  • 失败返回-1。

5.2 获取进程ID

pid_t getpid(void);   // 获取当前进程PID
pid_t getppid(void);  // 获取父进程PID

5.3 进程终止

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

或使用return语句。status为进程退出状态，可由父进程通过wait()获取。

5.4 进程等待

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

父进程调用wait()阻塞直至某个子进程结束，并回收其资源。

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今日练习

1. 为一个进程创建2个子进程，子进程中打印自己的PID和父进程的PID，父进程中打印自己的PID和2个子进程的PID

2. 遍历指定目录，打印出所有的媒体文件（.flv、.avi、.rmvb、.rm）结尾的文件名的文件

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