【Linux】-----进程第一弹

概念

描述进程-PCB

查看进程

获取进程标识符

终止进程

fork创建进程

返回值说明

进程的状态

①运行状态(R)

②浅度睡眠(S)

③深度睡眠(D)

④暂停状态(T)

⑤僵尸状态(Z)(重点)

是什么？

举例

危害

孤儿进程

⑥死亡状态(X)

概念

课本上对于进程的概念是这样子说的：一个正在执行的程序就叫做进程。

对于操作系统的内核是这样子说的：担当分配系统资源(CPU时间，内存)的实体！（很抽象）

什么叫做分配系统资源的实体？这得借助冯诺依曼体系结构来看看

从冯诺依曼结构可以看出，能与CPU直接打交道的是存储器，也就是的内存！实际上我们平时所创建的文件都是放在外设磁盘上的。一个可执行程序的本质就是一个二进制文件，在我们没有运行这个可执行程序时，实际上它是被放在磁盘中的。当我们将这个可执行程序运行起来的时候，本质就是将这个可执行程序加载到内存中，只有当程序被加载到内存中的，CPU才能进行访问，此时这个可执行程序就分配到CPU的资源，这个就叫做一个实体，但是需要注意严格意义上来说还不能叫进程。只能说是进程的一部分。将可执行程序加载到内存，实际上是将对应代码和数据加载到了内存。

而内存会同时存在多个可执行程序的代码和数据，到底应该先执行哪一部分的？以及其他部分的数据执行了多久？等一系列进程的信息操作系统该如何进行管理呢？

我们都知道操作系统实际上是一款软件，对下能够进行软硬件管理，对上能提供安全稳定高效的运行环境的软件，这就包括了对进程的管理工作。。。。。仅需记住操作系统管理的六字真言：先描述，再组织！

先把进程的信息采用结构体的方式描述起来，再使用链表或者更高效的数据结构将结构体组织起来！

ps：实际上开机第一个运行的可执行程序就是操作系统，将操作系统的代码和数据先加载到内存中。。

描述进程-PCB

PCB（process control block），进程控制块。是一个结构体，这个结构体里面存放着对应进程的信息，或者说是进程的所有属性信息。一个进程都有一个对应的PCB。

操作系统对进程的管理本质就是对进程信息的管理，每当新形成一个进程时，操作系统便会将其描述起来，在通过链表的形式组织的。此时对进程的操作，就是对链表完成增删查改的操作！

从上图就可以给进程下一个定义：进程=PCB+对应的代码和数据！

在Linux操作系统中下的PCB称为：task_struct，是PCB的一种！

如何理解进程的动态运行？

调度运行进程的本质就是让进程控制块task_struct进行排队，只要task_struct在不同的队列里，进程就可以访问不同的资源，这就是动态运行！！！

task_struct中主要包含以下信息：

标识符：pid/ppid
状态：任务状态，退出码等
优先级：相对于其他进程的优先级
内存指针
上下文数据
I/O状态信息

查看进程

指令：ps axj

功能：查看当前系统中所有的进程

若想要查看指定的进程，可以加上管道 | 和grep 特定的进程

指令：ps ajx | grep 指定进程名称

获取进程标识符

pid：进程的标识符
ppid：当前进程的父进程的pid

这两个属性都是存在于内核task_struct，用户不能直接访问，只能采用系统提供的接口调用。

getpid():获取进程id
getppid():获取父进程id

实例：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/types.h>
  4 int main()
  5 {
  6   while(1)
  7   {
  8     printf("my process,my pid is:%d,my ppid is:%d \n",getpid(),getppid());      
  9     sleep(1);
 10   }
 11   return 0;
 12 }

注意：每次重新运行进程时，对应的pid都不一样。

终止进程

两种指令：

ctrl+C
kill -9 进程的pid

fork创建进程

fork是一个由OS提供的函数，功能就是创建一个子进程。

例如：

可以看到这里的结果打印的是两句“after fork”，因为fork之后，父子进程代码共享，也就是创建出来的子进程和父进程执行相同的代码！

注意：

创建一个进程本质就是系统多出了一个进程，也就是多出来了一个PCB+代码和数据
父进程的代码和数据是从磁盘加载来的，而默认情况下，子进程会继承父进程的PCB
父子进程之间仅是代码共享，数据并不共享，有各自的存储数据空间（写时拷贝）

为什么要创建子进程？

实际上就是因为想让多个进程并发的跑起来，每个进程都做不一样的事情！

这时就需要采用if语句分流了！

返回值说明

上图可以看到fork实际上是有返回值的，类型为pid_t;

返回值=0	表示子进程创建成功，返回子进程的pid给父进程，在子进程中返回0
返回值>0	表示父进程，接收的是子进程的pid
返回值<0	表示进程创建失败

例如：

可以看到采用if分流就能实现父子进程都执行各自模块的代码，做着不一样的事情！

注意：fork会返回两次，因为fork后的代码父子共享，子进程已经存在了，子进程返回一次，父进程又返回一次！

至于为啥同一个id会存在两个不同的返回值，那就涉及到虚拟地址空间+父子写时拷贝的问题了（后续提及）

进程的状态

进程的状态属于task_struct里的一个属性。一个进程可以有几个状态，更改进程状态实际就是更改task_struct内部的一个属性。。。下面具体来看Linux下的进程状态。。

①运行状态(R)

并不意味着进程一定是在运行，它可能表示的是进程正在运行或者处于运行队列中。

例如：

查看一下上述进程的状态，可以采用下面这条指令：

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 可执行程序名称

可以看到当前进程就是处于运行状态，R+表示在前台运行，R表示在后台运行

②浅度睡眠(S)

这种状态一般都是进程在等待某种资源就绪，也称为可中断睡眠状态（能之间终止掉睡眠状态）

例如：死循环打印一段代码

上述处于睡眠状态因为CPU运行速度很快，早早就将程序执行完成，大部分的时间都在等待显示器资源就绪！

③深度睡眠(D)

一个处于D(disk sleep)状态的进程，是不可被杀掉的，操作系统也不能将其杀掉，也叫不可中断睡眠状态。

为何会存在D状态？

主要是为了防止数据丢失问题！当一个进程在向着磁盘写入信息时，若操作系统直接将该进程杀死，此时如果磁盘正在读取数据，但该进程已经被杀掉，那么磁盘去哪读数据？这就造成了数据丢失的问题。

所以一个进程若正在进行数据的写入操作时，会将自身的状态设置为D状态！

注意：要想结束掉处于这种状态的进程，只能等进程自己醒来，或者断电重启操作系统1

④暂停状态(T)

暂停：kill -19 对应进程的pid

恢复进程之前状态：kill -18 对应的进程pid

恢复后的进程全部在后台运行！看到这里或许会疑惑，这个18，19为什么能这样做？实际上就是kill指令存在一堆信号，相当于宏定义那样。

可见，我们实际上也可以采用kill + SIGSTOP来暂停进程！但这样没有数字来得简单！

⑤僵尸状态(Z)(重点)

处于这种状态的进程称为僵尸进程!

是什么？

一个已经运行完毕的进程，不会立刻退出，而是需要维持自己的退出信息，在自己的进程task_struct会记录自己的退出信息，这个退出信息未来会让父进程或者操作系统进行读取，只有当父进程读取退出信息，子进程之前申请的资源才能释放掉，若退出信息一直未被读取，相关资源就不会释放。

一个正在等待自己退出信息被读取的进程，称为僵尸进程，此时也称为该进程处于僵尸状态。僵尸进程无法将其kill掉。

举例

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mytest | grep -v grep; sleep 1; done

使用上述监视进程的脚本语言来观察观察。。

可以看出，当5s后子进程运行结束了，但是在并没有退出，而是在等待父进程回收，此时该子进程的状态就变为僵尸状态！

ps：

直接在命令行中启动的进程，不会存在僵尸状态，因为在命令行中启动的进程的父进程是(bash)系统，运行结束后会自动回收！
至于程序中的进程如何读取退出信息，会使用到wait/waitpid系统接口，这里先不细说！

危害

若父进程一直不读取子进程的退出信息，那么子进程会一直处于僵尸状态。。
如果一个父进程存在多个子进程，但是都不回收，必然造成资源的浪费。。进程的PCB是占用内存空间的。
僵尸进程数量越多，实际可利用资源就越少，那就会造成内存泄漏的问题！

孤儿进程

所谓孤儿进程，顾名思义，就是没有父亲呗。父进程先于子进程退出，子进程称为孤儿进程，运行在后台，父进程成为1号进程(OS本身)。

孤儿进程的退出，会被1号进程负责任的进行处理，因此不会成为僵尸进程!

演示

不难发现，孤儿进程的ppid变成了1，也就是被系统领养了(爷爷)！

⑥死亡状态(X)

实际就是当一个进程运行结束并且被父进程回收时，此时的进程就是完全退出了，也叫做死亡状态，我们肯定看不到的！

今天的分享就到这，希望对你有用！