【Linux】进程基础：task_struct、fork 与查看进程

目录

[1. 进程是什么？PCB 与 task_struct](#1. 进程是什么？PCB 与 task_struct)

[2. 如何查看进程](#2. 如何查看进程)

[3. 通过系统调用获取进程标识符](#3. 通过系统调用获取进程标识符)

[4. fork：创建新进程](#4. fork：创建新进程)

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1. 进程是什么？PCB 与 task_struct

课本上说，进程是程序的一次执行实例。从内核的视角，进程就是分配系统资源（CPU 时间、内存等）的实体。

在 Linux 内核中，进程的所有信息都存放在一个叫做 PCB （Process Control Block，进程控制块）的数据结构里。Linux 的 PCB 实现是 task_struct ，定义在 <linux/sched.h> 中。每创建一个进程，内核就分配一个 task_struct，并把它的指针加入链表，由此实现对进程的管理。

task_struct 包含了极其丰富的信息，大致可以分为几类：

• 标识符：进程 ID（PID），父进程 ID（PPID），是进程的唯一编号。

• 状态：进程处于运行、睡眠、停止等状态。

• 优先级：决定调度时的先后顺序。

• 程序计数器：指向下一条将要执行的指令地址。

• 内存指针：指向代码段、数据段、堆栈等。

• 上下文数据：进程切换时，CPU 寄存器的内容保存在这里。

• I/O 状态：打开的文件列表、分配的 I/O 设备等。

• 记账信息：累计使用 CPU 的时间、时钟数等。

在系统中，所有 task_struct 通过双链表连接，内核可以遍历、查找、调度任何一个进程。

2. 如何查看进程

第一种方式：通过 /proc 虚拟文件系统。/proc 下的每个以数字命名的目录对应一个进程的 PID，里面包含了该进程的所有内核信息。

bash

ls /proc/1        # 查看 PID 为 1 的进程信息
cat /proc/1/status

第二种方式：使用用户级工具 ps 和 top。

bash

ps aux            # 显示所有进程详细信息
ps -l             # 显示 PID、PPID、PRI、NI 等字段
top               # 动态刷新，按 CPU 或内存排序

通过 ps -l 可以看到 UID、PID、PPID、PRI（优先级）、NI（nice 值）等关键字段，后面讲优先级时会用到这些概念。

3. 通过系统调用获取进程标识符

cpp

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

int main() {
    printf("pid: %d\n", getpid());   // 当前进程 ID
    printf("ppid: %d\n", getppid()); // 父进程 ID
    return 0;
}

每个进程都有一个父进程，除了 init（或 systemd）是进程树的根。父子关系是进程管理的关键线索。

4. fork：创建新进程

在 Linux 下，新进程只能通过复制现有进程来创建。fork() 系统调用就是做这件事。

cpp

pid_t id = fork();
if (id == -1) {
    perror("fork");
} else if (id == 0) {
    // 子进程
    printf("child: pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());
} else {
    // 父进程
    printf("parent: pid=%d, child=%d\n", getpid(), id);
}

fork 调用一次，返回两次------父进程中返回子进程的 PID，子进程中返回 0。这是一个让初学者困惑的地方，后续讲虚拟地址空间时会理解底层的写时拷贝机制如何支持这一点。

父子进程共享代码段，数据段采用写时拷贝：只有当一方尝试修改数据时，内核才复制一份私有的物理页。这种设计既保证了进程独立性，又避免了一开始就全量拷贝的浪费。

fork 之后通常需要用 if 分流来区分父子逻辑。如果不分流和不控制退出顺序，很容易造成僵尸进程或孤儿进程，这在下一篇详细展开。