[Linux] Linux进程PCB内部信息的深入理解

news2024/9/23 9:33:04

标题：[Linux] Linux进程PCB内部信息的深入理解

个人主页：@水墨不写bug

（图片来自网络）

一.查看进程

二.认识并了解进程的关键信息

I，PID/PPID

II，exe

III，cwd

三、fork（）创建进程

正文开始：

一.查看进程

        进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看。

proc目录介绍：

        /proc这个目录下的文件数据是内存级别的数据，操作系统启动，操作系统会遍历进程的PCB，最终形成proc目录下的文件数据。

        这些数据不是磁盘级别，而是内存级别的。

        proc是实时更新的，运行一个进程，这个进程的PID就会出现在proc目录中。

        如：要获取PID为1的进程信息，你需要查看 /proc/1 这个文件夹。

我们可以使用ls、top、ps等命令查看当前正在运行的进程：

        ls:

命令：ls /proc

        top:

命令：top

        ps:

命令：ps axj

        特别的，对于ps axj命令，我们如果知道进程的文件名，可以通过管道来获取关键名，进行更高效的搜索展示：

比如我们提前运行起来名字为mytest的程序，那么可以使用管道结合grep：
ps axj | grep mytest

二.认识并了解进程的关键信息

I，PID/PPID

        进程id（PID）：每一个进程都有自己的独特的标识自己的ID。

        就像人的身份证，学生的学号一样，一个进程创建的时候会有自己的PID。进程的PID是一个大整数，一旦获取，在进程结束之前都是不变的。同一个可执行程序，在不同时间运行，PID不同，并且后面的PID较大。

        父进程id（PPID）：相对父辈的进程的PID；

我们可以通过 头文件<unistd.h> 的 getpid() 和 getppid() 函数来得到进程的PID和PPID:

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
   
int main()
{
    while(1)
    {
          
        int i = 1;
        while(i != 1e9)
        {
            ++i;
        }

        cout<<"-----------"<<endl;                                       
        cout<<"my pid:"<<getpid()<<endl;
        cout<<"my ppid:"<<getppid()<<endl;
    }
    return 0;
}

上面的进程运行起来之后：

通过分析，当前运行进程的pid=23654，没什么问题。

为了方便演示进程，我们故意写了一个死循环；如果想要结束这个进程，我们可以采取如下的方式：

杀进程：ctrl + C 或者 kill -9 + 进程PID

当我们杀掉进程后，再次运行起来，发现pid=变大了，没问题。但是问题是两次运行的ppid是相同的！通过查询我们发现 ppid=23714的进程正是Bash（命令行解释器）

在命令行中，执行命令/执行程序的，本质是Bash的进程创建子进程，由子进程执行我们的代码。（Bash是Linux下常用的 shell 外壳）

II，exe

exe链接到可执行程序的位置

进程在运行起来时，exe记录了当前这个运行的程序的位置；是当前程序的固有属性，不变的。

III，cwd

cwd（current work directory）当前工作目录

cwd记录了当前工作目录：是我们进行操作的目录，是可指定的。一般而言，我们的工作目录就是当前所处的目录。

这也就解释了在C语言阶段时，当我们在源码中使用fopen时，为什么默认创建的文件的位置是当前文件夹。因为cwd会存储当前程序运行的目录位置，并自动拼接在我们创建的文件名称之前，于是创建的文件默认是在当前路径。如果想要指定路径，则需要写绝对路径。

三、fork（）创建进程

父进程的概念：在Linux中，程序启动之后，新建任何进程的时候，都是由自己的父进程创建的。

父进程id（PPID）：相对父辈的进程的PID；

父子进程的关系满足树状结构：一个父进程可以有多个子进程；而一个子进程只有唯一的父进程。

fork函数的man手册解释：

通过查看man手册，我们发现fork函数的解释是十分费解的。

想要理解fork（）函数，仅仅看解释还不够，需要理解下面这一段代码并解释清楚运行情况才可以：

当我们运行起来这一个程序，我们会发现这样的现象：

我们会发现if和else的语句同时被执行了，一般而言这是不可能发生的事情！

原因在于，在fork创建一个子进程之后，这个进程的执行分支就不再是一个执行分支了，而是两个执行分支。一个分支的id满足if的条件，而另一个分支的id满足else的条件，所以整体上表现出if和else同时被执行的错觉。

在前面的讲解中，我们知道：

进程 = 内核数据结构 + 代码和数据

当我们在进程A中创建一个进程a1时，a1可以拥有内核数据结构，但是a1到哪里去加载代码和数据呢？

于是，进程A创建的子进程a1就加载了进程A的代码和数据，但是两份代码和数据是相互独立的。也就是说，进程A中的全局变量glo = 0，在fork之后，子进程修改glo，修改的是自己的glo，而不是进程A的glo，进程A的glo仍=0；

fork：fork创建子进程之后，父子进程的代码共享。但是数据各自独自私有一份，数据独立。

为什么？

进程具有很强的独立性，多个进程之间，运行时，互不影响。包括父子进程之间。

（就比如你在VS上写一个代码，编译出的可执行程序运行时出现野指针，崩了，但是VS不会挂。这就是因为VS进程和你写的进程是两个进程，进程之间具有很强的独立性）

fork总结：

        1.id的返回值，给父进程（pid），子进程（0）；

        2.fork会有两个返回值--为什么？

因为子进程加载了父进程的代码和数据，自己单独返回了id给自己的那一份数据赋值。

        3.接收fork的返回值只有一个变量，怎么会有不同的值？

本质上与2是相同的问题，此外也是为了保持进程之间的独立性。

        怎么做到的？

                        --进程地址空间