Linux系统调用进程标识符

一、冯诺依曼体系结构

二、操作系统

2.1什么是操作系统？

2.2为什么需要操作系统？

2.3怎么管理？

2.4总结

2.5系统调用

三、进程的理解

3.1进程的基本概念

3.2对进程的描述

3.3对进程的组织

3.4task_struct内容的分类

3.5Linux下查看进程

四、进程的标识符

4.1通过系统调用获取进程标示符

4.2创建进程的方式

4.3fork（）理解

4.4bash父进程的理解

一、冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构规定，计算机是由多个独立的硬件单元用总线连接起来的，包括输入单元、输出单元、存储器（内存）、中央处理器（运算器、控制器）
由于存储是分级的，速度越快离CPU越近，但容量越小造价越高，由于数据从外设到CPU的运行速度差别太大，这就要求了CPU访问任何外设数据都必须通过内存
数据从外设加载到内存中，再放到CPU中运行，运行结果由CPU放到内存中，再由内存刷新到外设，这样可以缓解CPU访问外设数据的代差
任何设备都只能和内存打交道
冯诺依曼体系还规定一个程序要运行起来必须加载到内存中运行
采用冯诺依曼体系结构的好处是，可以用较小的造价打造一台性价比高的计算机

二、操作系统

2.1什么是操作系统？

操作系统是一款做软硬件资源管理的“软件”

2.2为什么需要操作系统？

操作系统通过对下管理好软硬件资源（手段），对上提供一个良好（安全、稳定、高效）的运行环境

2.3怎么管理？

“先描述再组织”

操作系统对数据的管理，遵循六个字“先描述再组织”
管理的本质是对数据进行管理
操作系统通过驱动层序来获得对应底层的软硬件资源
如何描述？定义一个结构体类型，用来描述该数据的全部属性信息，被管理的每一份数据都会填充对应的属性值，创建出结构体对象
如何组织？再将每一个结构体对象用链表的形式组织起来，对数据的管理就变成了对链表的增删查改
在操作系统中，一定存在着大量的数据结构，操作系统对任何对象的管理，实际上就转化为了对某种数据结构的增删查改

2.4总结

计算机管理对象

描述起来，用struct结构体
组织起来，用链表或其他更高效的数据结构

2.5系统调用

操作系统中存在着大量的数据，操作系统为了保证数据的安全，又为了能够给用户提供获取数据的服务，操作系统以接口的形式为用户提供调用的入口，让用户能够获取操作系统内部的数据
该接口是操作系统内部用c语言实现的函数调用，也叫做系统调用，任何访问操作系统的行为，都只能通过系统调用来完成
库函数和系统调用是上下层调用和被调用的关系，可以通过对系统调用接口的封装来形成库，有了库，就可以让上层用户或者开发者进行二次开发

三、进程的理解

3.1进程的基本概念

粗浅理解：一个被加载到内存中的程序，或一个正在运行的程序，叫作进程（任务）
Linux内核中，进程=内核pcb数据结构对象+代码和数据（可执行文件）

3.2对进程的描述

在操作系统中，不仅仅只有一个进程在运行，可能有多个进程在运行，这就需要操作系统对进程进行管理
我们上面已经提到了，在操作系统中对任何对象进行管理，都要遵循“先描述，再组织”，操作系统对进程的管理也是如此
操作系统对进程的管理，就变成了对链表的增删查改
在操作系统中，进程在被加载到内存中形成真正的进程前，要先创建描述进程属性的结构体，进程的全部属性信息都被放在一个叫做进程控制块的数据结构中（pcb），每一个进程都会有对象的pcb数据结构对象
Linux操作系统下的pcb是struct task_struct
Linux下用task_struct结构体来描述进程，task_struct是Linux下的一种结构体，他会被装载到内存中并且包含着进程的全部信息（进程属性的集合）

3.3对进程的组织

采用某种数据结构对每一个pcb对象进行组织
Linux下采用双向链表来组织进程task_struct对象

3.4task_struct内容的分类

task_ struct 内容分类:

标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
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
进程上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
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

3.5Linux下查看进程

使用top或者ps用户级工具来获取
其中ps(Process Status)查看的是进程信息的一个快照，显示的我们执行ps这个命令时进程的信息，top显示的是进程的动态信息，使用这个命令会看到进程信息的动态变化。

如：ps -ajx | head -1 && ps -ajx | grep myprocess | grep -v grep

head -1 来显示进程的属性标头，用grep来过滤我们所要查看到进程信息

进程的信息可以通过 ls /proc系统文件来查看

如：查看我们当前父进程的信息，可以查看 ls /proc/17558 -al

exe：指向当前进程的可执行文件的完整路径

cwd：当前进程所处在的工作目录（当进程被运行起来时就会保存）

四、进程的标识符

4.1通过系统调用获取进程标示符

获取进程ID（ getpid() ）
获取父进程ID（ getppid() ）

4.2创建进程的方式

运行我们的程序/指令 -- 指令级别
fork()创建子进程 -- 代码级别

fork()返回值：创建子进程成功，给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid；创建失败返回-1
给父进程返回子进程的pid是为了区分不同的子进程，方便对子进程进行管理和控制；只需要给子进程返回0来标识子进程创建成功即可

4.3fork（）理解

问题1：为什么需要返回两个不同的返回值？返回不同的返回值，是为了区分不同的执行流，再通过if语句可以让父子进程执行不同的代码块
问题2：一个函数时如何做到返回两次的？回答这个问题前，要先明白fork（）内部具体做了什么？子进程的创建是在fork（）内执行的，每一个进程的创建都要在操作系统中有一个对应的pcb数据结构对象，由fork（）函数创建出来的子进程也不例外。子进程的pcb数据结构对象被创建出来了，但是子进程没有自己的代码和数据，所以子进程必须和父进程共享一份代码！！但是由于每个进程具有独立性，相互之间不得干扰，所以子进程还必须通过写时拷贝获得自己的一份私有数据
这样就可以回答第二个问题了。fork（）由于在return前子进程已经被创建出来了，return这条执行语句属于父子进程共享的，父进程会执行一次，子进程也会执行一次，因而fork（）就返回了两次
问题3：一个pid_t类型的变量怎么会有两个不同的值？前面已经说到了，父子进程虽然代码共享，但是数据是不共享的！！return的时候其实就是在向返回值写入数据！！由于子进程的数据是写时拷贝产生的，并不和父进程共享一份，所以一个变量会有两个不同的值！
问题4：总结fork（）的实现？fork（）会按照父进程创建一个子进程，子进程和父进程在代码上是共享的，在数据上子进程通过写时拷贝和和父进程各自拥有一份私有数据。由于代码共享，就会导致fork（）的return被执行两次，因而就会有两个返回值；return的时候实际上就是在向返回值进行数据的写入，由于数据的写时拷贝，就可以实现子进程和父进程的返回值是不相同的，因而一个pid_t类型的变量就会有两个不同的值