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| 今日主题：Linux 多任务之进程，理解进程概念、状态、命令、fork 与 exec 函数，搞懂父子进程、僵尸进程、孤儿进程。 |
前言
Linux 实现多任务依靠多进程、多线程。进程是操作系统资源分配的最小单元，嵌入式 Linux 开发中，进程是必须吃透的基础，今天完整梳理进程整套知识点。
一、进程基础概念
1. 程序与进程的区别
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| 对比项 | 程序 | 进程 |
| 存储位置 | 存放在硬盘空间 | 加载到内存运行 |
| 属性 | 静态，一堆指令集合 | 动态，拥有完整生命周期 |
| 资源占用 | 不占用内存 CPU | 占用内存、CPU 资源 |
| 关系 | 一个程序可以产生多个进程；一个进程内部也可以执行多个程序 | 程序运行之后才生成进程 |
简单理解：gcc main.c -o a.out得到的a.out是程序 ；执行./a.out跑起来之后，就是进程。
2. 进程的创建
进程启动时，操作系统会给它分配0~4G 虚拟内存空间 。
进程是操作系统资源分配的最小单元。
3. CPU 调度：宏观并行，微观串行
单核 CPU，看上去多个任务同时跑（并发），实际 CPU 在快速切换任务。
- 并行：多个任务真正同时执行，需要多核 CPU。
- 并发：单核 CPU 时间片轮转，快速切换，看起来同时运行。
CPU 常见调度算法
- 时间片轮转算法
- 先来先服务、后来后服务算法
- 高优先级优先执行算法
- 短作业优先算法
4. 进程三态基础模型
- 就绪态：一切准备完成，只差 CPU 时间片
- 运行态：正在被 CPU 执行
- 阻塞态 ：等待 IO 资源，例如getchar()、fgets()等待用户输入
二、Linux 真实进程 7 种状态
Linux 内核把进程细化成 7 种状态：
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| 状态标识 | 状态名称 | 说明 |
| R | 运行态 | 用户态 / 内核态，正在被 CPU 调度执行 |
| S | 就绪态 | 具备运行条件，等待 CPU 分配时间片 |
| S | 可中断睡眠态 | 也叫睡眠态，阻塞等待资源，可以被信号唤醒 |
| D | 不可唤醒等待态 | 不会被 CPU 信号打断，等待硬件 IO 完成 |
| T | 暂停态 | 进程被暂停执行 |
| Z | 僵尸态 | 进程已经执行结束，但资源没有被父进程回收 |
| X | 结束态 | 进程结束，资源完全回收 |
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| 思维导图简单理解： 中断、系统调用会让进程状态切换；睡眠可以被唤醒；暂停需要手动恢复；僵尸进程是学习重点。 |
三、进程的消亡
进程消亡分为两步：
- 进程退出：程序执行完毕，进程结束
- 进程回收：父进程回收子进程占用的内存资源，没有回收就变成僵尸进程
四、Linux 进程常用命令
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| 命令 | 作用 | 常用示例 |
| ps -aux | 查看全部进程 PID、状态、CPU / 内存占用 | ps -aux | grep a.out过滤自己程序 |
| ps -ef | 查看 PID 与 PPID（父进程 ID） | PPID 就是父进程 ID |
| top | 动态实时监控进程、CPU、内存负载 | |
| pstree | 树形展示进程父子族谱关系 | pstree -sp PID查看指定进程父子链 |
| kill | 给进程发送信号 | kill -9 PID强制结束进程；kill -l查看全部信号 |
| jobs | 查看当前终端后台进程编号 | |
| fg 编号 | 把后台进程调到前台运行 | |
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| 进程状态字符补充： * S+：前台可中断睡眠进程 * S：后台可中断睡眠进程 * T：后台暂停进程 |
五、进程相关 C 语言系统函数
1. fork () 创建子进程
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| c pid_t fork(void); |
功能：创建子进程。原来进程叫父进程，新生成叫子进程。
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| 底层逻辑：子进程完整拷贝父进程 0‑4G 用户空间；内核 PCB 部分部分拷贝；PID 不拷贝，PPID 修改为父进程 ID 。 |
返回值规则
- pid > 0：父进程返回，返回值是子进程 PID
- pid = 0：子进程内部返回 0
- -1：创建失败
配套函数：
- getpid() 获取自己进程 ID
- getppid() 获取父进程 ID
⚠️重要注意点
- 父子进程用户空间互相独立，变量互不干扰
- 进程之间不能直接通信，要通信必须借助内核 IPC 机制
2. 进程退出函数
进程结束三种途径：
- main 函数return返回
- exit()/_Exit()系统函数主动退出
- 收到 kill 信号强制结束
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| c void exit(int status); |
status：进程结束状态，0 代表正常退出，非 0 代表异常退出。
3. 僵尸进程 & 孤儿进程
- 僵尸进程 (Zombie) ：子进程已经结束，父进程没有回收它资源，残留 PCB。
解决办法：
①父进程调用wait() / waitpid()回收子进程
②让子进程变成孤儿进程，由系统进程自动回收
- 孤儿进程：父进程提前结束，子进程还在运行；子进程被系统进程收养，结束后自动回收资源，不会产生僵尸。
4. exec 函数簇
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| 作用：在当前进程内部，加载并运行另外一个外部可执行程序，替换当前进程文本段，不会创建新 PID 。 |
exec 家族函数记忆口诀：
- l → list 参数列表形式传参
- v → vector 指针数组形式传参
- p → 使用 PATH 环境变量自动搜索程序路径
- e → 可以自定义传入环境变量
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| 函数原型 | 特点 |
| execl(path,arg...,NULL) | 路径 + 列表传参，NULL 做结尾标记 |
| execlp(file,arg...,NULL) | 依靠 PATH 找程序，列表传参 |
| execv(path,argv\[\]) | 路径 + 字符串指针数组传参 |
| execvp(file,argv\[\]) | PATH 查找，指针数组传参 |
| execle / execve | 额外支持自定义环境变量 |
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| 返回值：只有出错才返回‑1，执行成功当前程序直接被替换，后续代码不再运行。 |
今日学习小结
- 程序静态存硬盘，进程动态跑内存；一个程序可以生成多个进程。
- 进程基础三态：就绪‑运行‑阻塞；Linux 细化 7 种状态，重点区分僵尸、孤儿。
- fork()拷贝生成子进程，父子空间隔离；exec替换进程运行别的程序。
- 命令ps/top/pstree/kill日常调试进程必用。
僵尸进程根源：子进程退出父进程没有回收；孤儿进程父进程先退出，系统帮忙善后。