【Linux系统】06 进程概念

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[1 冯・诺依曼体系结构](#1 冯・诺依曼体系结构)

[2 操作系统 (OS) 定位](#2 操作系统 (OS) 定位)

[2.1 广义与狭义操作系统](#2.1 广义与狭义操作系统)

[2.2 OS 两大目标](#2.2 OS 两大目标)

[2.3 系统调用 & 库函数](#2.3 系统调用 & 库函数)

[3 进程基础概念 & PCB (task_struct)](#3 进程基础概念 & PCB (task_struct))

[3.1 什么是进程](#3.1 什么是进程)

[3.2 PCB task_struct（Linux 的进程控制块）](#3.2 PCB task_struct（Linux 的进程控制块）)

[3.3 查看进程的两种方式](#3.3 查看进程的两种方式)

[3.4 获取 PID、PPID 系统调用](#3.4 获取 PID、PPID 系统调用)

[4 fork () 创建子进程](#4 fork () 创建子进程)

1 冯・诺依曼体系结构

现代计算机（PC、服务器）均遵循冯诺依曼体系，五大部件：输入设备、存储器、CPU (运算器 + 控制器)、输出设备。

⚠关键点：这里的存储器指内存

CPU只能直接读写内存，不能直接访问外设（键盘、显示器、硬盘）；
外设和 CPU 之间的数据交互，必须经过内存中转；
所有设备数据交互都要和内存打交道。

拓展存储层次：寄存器 → L1/L2/L3 高速缓存 → 内存 DRAM → 本地磁盘 → 远程网络存储。速度逐级变慢，容量逐级变大。

思考题：QQ 聊天数据流向：键盘输入 → 内存 → CPU 处理 → 内存 → 网卡发送；接收消息：网卡收到数据到内存，CPU 处理，内存把数据输出到显示器。

2 操作系统 (OS) 定位

2.1 广义与狭义操作系统

狭义 OS：内核 Kernel，四大核心模块：进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理。
广义 OS = 内核 + shell 外壳 + 标准库 + 系统工具软件。

2.2 OS 两大目标

向下：管理计算机全部软硬件资源；
向上：给上层应用程序提供安全、稳定的运行环境。

操作系统本质就是一款管理软件。管理的实现思路两步：

描述：用struct结构体把被管理对象的全部属性描述出来；
组织：用链表 / 红黑树等数据结构把这些结构体对象组织起来。

类比学校管理学生：学生信息用结构体描述，用链表把全部学生信息组织起来。

2.3 系统调用 & 库函数

内核不允许用户程序直接访问，内核向外暴露接口叫做系统调用。系统调用接口功能底层，使用门槛高；标准库（libc）会对系统调用做封装，形成库函数。

用户程序 → 库函数 → 系统调用 → 内核 → 硬件。

3 进程基础概念 & PCB (task_struct)

3.1 什么是进程

课本概念：程序的一次执行实例，正在运行的程序。
内核视角：进程是分配系统资源（CPU 时间、内存）的基本实体。
真实理解： 进程 = 内核数据结构PCB(task_struct) + 磁盘加载进来的程序代码和数据

程序：磁盘上静态的可执行文件；进程：内存中正在运行的实例，一个程序可以生成多个进程。

3.2 PCB task_struct（Linux 的进程控制块）

Linux 内核中，每一个进程对应一个task_struct结构体，存放在内存中，保存进程全部属性。

task_struct 核心成员：

标识符：PID 进程 ID，PPID 父进程 ID，用来唯一标识进程；
进程状态：运行、睡眠、僵尸等状态，退出码、退出信号；
优先级：决定 CPU 调度先后；
程序计数器：下一条要执行指令的地址；
内存指针 ：指向该进程虚拟地址空间mm_struct；
上下文数据：CPU 寄存器的值；进程被切走的时候保存寄存器，恢复运行时回填；
I/O 信息：进程打开的文件列表；
记账信息：CPU 使用时长统计。

内核把所有进程的task_struct用双向链表组织管理。

3.3 查看进程的两种方式

/proc伪文件系统：内核把进程信息导出成目录，/proc/PID查看指定进程；
用户命令：

ps aux #查看系统全部进程
ps axj
top #动态监控进程资源

3.4 获取 PID、PPID 系统调用

头文件 <sys/types.h> <unistd.h>

复制代码

getpid();   // 获取自己进程PID
getppid();  // 获取父进程PID

4 fork () 创建子进程

pid_t fork(); 创建子进程。

调用一次，返回两次；
父进程返回子进程 PID ；子进程返回0 ；出错返回 -1；
子进程以父进程为模板创建，代码共享，数据写时拷贝。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
    pid_t ret = fork();
    if(ret < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(ret == 0)
    {
        printf("子进程 pid:%d\n", getpid());
    }
    else
    {
        printf("父进程 pid:%d 子pid:%d\n",getpid(), ret);
    }
    sleep(1);
    return 0;
}

重点疑问：为什么一个函数会有两个返回值？ fork 内核做两件事：创建子进程 task_struct、拷贝页表；fork 在子进程准备完毕之后，父子两个进程都会从 fork 返回处继续执行，所以得到两个返回值。一般配合if‑else做父子进程业务分流。