【Linux】初识进程

文章目录

- - 进程控制块的引入
  - 初识进程控制块(PCB - Process Control Block)
  - - 什么是PCB
    - Linux下的PCB
  - 初见进程
  - - ps指令查看进程
    - kill指令挂掉进程
    - 通过系统调用接口得到进程的ID(进程标识符)
    - 从根目录下的proc文件查看进程
    - 通过fork函数创建子进程

进程控制块的引入

首先，听到进程这个词肯定不模糊，

因为我们常用的Windows系统就有进程管理器，

可以用进程管理器随时挂掉一个进程。

但是，进程和我们常说的程序有什么区别呢？

很多地方都写到，进程狭义的定义就是加载到内存中运行起来的程序：

但真的这么简单吗？

程序中的数据会一五一十地照搬到内存中吗？

照搬到内存之后操作系统又是怎么对零散的数据和代码进行处理呢？

我同时运行十几个程序，

这么多零散的代码和数据操作系统又是怎么能精准管理的呢？

这就引入了一个非常重要的概念 —— 进程控制块(PCB - Process Control Block)。

初识进程控制块(PCB - Process Control Block)

什么是PCB

为什么要有进程控制块，

很简单，因为操作系统要管理进程，

要管理就要先描述再组织，

进程控制块就是为了描述进程用的。

就好比我们用C 语言写一个简单的学生管理系统，

是不是也要声明一个结构体来描述一个学生呢？

Linux是用C语言写的，

所以Linux下的进程控制块就是用C语言声明的结构体，

它就是task_struct：

struct task_struct
{
    ///与进程相关的所有属性
}

这样操作系统就给每一份进程分配了一个PCB，

只需要将各个进程的PCB组织在一起，

对进程的管理就变成了对组织PCB的数据结构的管理。

首先先明确一下，一个进程最基本的要有哪些属性呢？

程序的代码和数据要加载到内存中，

要记录这些代码和数据的地址吧；

每个进程要区分一下吧，

要给每个进程编号并记录一下吧；

进程是在等待，还是在运行，还是在挂起，

要记录进程的状态吧；

这个进程是先执行还是后执行，

进程的优先级要记录吧；

进程执行到了哪里，下一条代码该执行什么，

这个也需要记录吧…

各种相关的属性集合在一起，加上程序本身加载到内存中的代码和数据，

就构成了一个完整的进程。

注意，这些属性在程序的代码和数据中包含吗？

对于大部分程序来说，答案肯定是否定的，

一个硬盘中的死程序怎么知道它的状态呢。

所以PCB的创建和组织是由操作系统来完成的。

同样地，PCB实际上是操作系统内核提供的结构，

所以一个完整的进程是什么呢，

是内核数据结构 + 代码和数据。

Linux下的PCB

上面提到，Linux下的PCB叫task_struct的结构体，

那这个结构体存放了进程的什么信息呢？

标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。这个好理解，就好比学生管理系统中的每个学生都有一个学号来进行唯一标识，这里的标识符具体就是PID。

状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。

优先级: 相对于其他进程的优先级。

程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。

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。所以就可以通过内存指针找到进程对应的数据和代码。

上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据。一个进程在执行的过程中难免会产生不少临时数据，而进程不是执行完这个就去执行下一个的，是并发运行的，因为对于优先级相同的进程要有相同的调度，不然相同优先级又何来相统一说呢？就比如A进程执行了10ms，执行完之后它再去后面排队，执行它后面的B进程，执行完10ms之后B进程跑到后面排队，依次往下来......既然进程不是一次就执行完的，它产生的临时数据也是要记录的，所以上下文数据其实就是指向的这一部分。

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。

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。

其他信息

需要注意，task_struct中的内容远不止于此，

这里只是挑重点的浅浅认识了一下，

如果有兴趣的话可以参考一下大佬的博客：Linux进程管理之task_struct结构体 - zxiaocheng - 博客园 (cnblogs.com)

初见进程

既然对进程有一个大概的轮廓了，

怎么查看一个进程呢？

ps指令查看进程

Linux下可以通过一个简单的指令来查看：

ps axj ，用于查看所有进程的信息：

当然也可以通过grep命令加管道来查看一些具体的信息，

比如我写了一个C语言代码proc.c，

将其编译形成一个可执行程序proc，

程序运行起来成了进程，

就可以用下面的这条命令来查看：

ps axj | grep "proc"

当然如果想显示各个属性的名称还可以再加一句：

ps axj | head -1 & ps axj | grep "grep"

其中head -1是提取文本的第一行，

也就是各个属性的名称：

其中PPID是父进程的ID

PID是当前进程的ID

TTY是进程运行的终端

STAT是当前进程的状态

UID是当前用户的ID

进程在运行的过程中就有了好多属性，很显然这些属性不是一成不变的，

所以进程在调度运行的时候，就具有了动态属性。

kill指令挂掉进程

我写的这个代码是一个死循环。

如果是前台运行，可以直接给它用Ctrl C挂掉，

当然，拿到它的PID之后，可以直接用kill命令挂掉：

kill -9 PID

kill命令的好多选项如下，这里不做解释：

通过系统调用接口得到进程的ID(进程标识符)

我们也可以通过系统调用接口在程序内部查看进程的PID(getpid)或PPID(getppid)：

相应的还有PPID，

PPID就是父进程的PID，没什么好说的，

不过需要注意，从命令行打开的进程，

它的父进程就是命令行bash：

从根目录下的proc文件查看进程

执行指令ls /proc：

看到了好多数字命名的目录，

而这些目录其实就是进程的PID，

也就是说，一个进程的属性也是数据，

这个数据存在了内存中：

我们可以看到有一个exe文件，

它就指向了进程对应的硬盘上的可执行程序，

当进程挂掉之后，

对应的目录也就被清理掉了：

这里做个小实验;

当一个进程在运行的时候，我们把磁盘上对应的可执行程序删掉，这个进程还能正常运行吗?

可以看到，硬盘中的可执行程序删掉之后进程还在运行，

只是进程对应的目录下的exe指向变成了红色并标注了deleted。

所以对于部分进程，

并不依赖硬盘中对应的可执行程序，

当然这个结论并不严谨，

具体问题还需具体分析。

通过fork函数创建子进程

首先认识一下fork函数：

NAME
       fork - create a child process

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

RETURN VALUE
       On success, the PID of the child process is returned in the parent, and 0 is returned in the child.  On failure, -1 is returned in the parent, no child process is created, and errno is set appropriately.

这里只是浅浅地见识一下，关于具体细节不做讨论。

fork 如果成功创建子进程的话，

会给子进程返回0，给父进程返回子进程的PID。

如果创建失败的话就给父进程返回-1。

那么看下面的代码：

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