Linux之进程知识点

news2024/11/18 3:31:00

一、什么是进程

进程是一个运行起来的程序。

问题思考：

❓ 思考：程序是文件吗？

是！都读到这一章了，这种问题都无需思考！文件在磁盘哈。

本章一开始讲的冯诺依曼，磁盘就是外设，和内存与 CPU 打交道，它们之间有数据交互。

你的程序最后要被 CPU 运行，所以要运行起来必须先从磁盘外设加载到内存中。因此，当可执行文件被加载到内存中时，该程序就成为了一个进程。

操作系统里面可能同时存在大量的进程！

既然如此，那操作系统要不要将所以后的进程管理起来呢？

当然要，不要不就乱套了？当前想调用哪个进程，想让哪个进程占用 CPU 资源，

想执行哪个资源，数据一大你不管怎么行？所以我们刚才再次讲解了操作系统管理的概念：

被管理对象的管理本质上是对数据的管理。那么对进程的管理，本质上就是对进程数据的管理。

二、进程控制块（PCB）

/* Process Ctrl Block */
struct task_struct {
    进程的所有属性数据
};

在操作系统中，我们把描述进程的结构体称为 $\textrm{PCB}$ (Process Ctrl Block) 。

在很多教材中，会把 $\textrm{PCB}$ 称为 进程控制块。

❓ 为什么每个进程都要有呢（task_struct）？

💡 因为操作系统要管理我们的进程，想要管理就必须要 "先描述再组织" 。

❓ 为什么我们的 task_struct 每个进程都要有呢？

💡 因为这是为了管理进程而描述进程所设计的结构体类型，将来当有一个进程加载到内存时，操作系统在内核中一定要为该进程创建 task_struct 结构体变量，并且要将该变量链入到全局的链表当中。要删掉一个进程，实际上就是遍历所有的链表结点，把对应进程的和代码都释放掉，这就叫对链表做管理。最终你会发现，操作系统对进程的管理，最终变成了对链表的增删查改。什么是进程？目前为止我们可以总结成：进程 = 可执行程序 + 该进程对应的内核数据结构 task_struct 是一个非常大的结构体：

struct task_struct {
    volatile long state;
    void *stack;
    atomic_t usage;
    unsigned int flags;     
    unsigned int ptrace;
    unsigned long ptrace_message;
    siginfo_t *last_siginfo; 
 
    int lock_depth;         
 
#ifdef CONFIG_SMP
#ifdef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW
    int oncpu;
#endif
#endif
 
...
}

三、进程查看

我们先创建一个 mytest.c 文件，然后写上一个死循环，每隔1秒就打印一句话：

通过指令查看进程

任何一个进程都有自己的代码和数据，比如我们常见的 C语言 源文件，经过编译后生成的可执行程序中，就包含着二进制代码和其创建修改的时间、所处位置信息

当可执行程序 myprogress 运行时，各种数据就会被描述，生成相应的进程控制块。

可以用ps ajx指令来查看进程块包含的信息

Linux中的PCB是task_struct，程序会被描述生成相应的 task_struct装载至内存中。

用命令ps ajx | head-1可以查看第一行的信息。

用管道组合一下就可以通过指令来查看正在运行的进程信息：

$ ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 进程名 | grep -v grep

grep -v grep命令的意思是过滤掉自身的这一条命令。

我们可以通过函数来主动查看进程的PID。

获取pid的函数——getpid()

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>  //Linux中睡眠函数的头文件
#include<sys/types.h>

int main()
{
  int sec = 0;
  while(1)
  {
    printf("这是一个进程，已经运行了%d秒 当前进程的PID为:%zu\n", sec, getpid());
    sleep(1); //单位是秒，睡眠一秒
    sec++;
  }
  return 0;
}

可以看出他们的PID是一样的。

注： 当程序重新运行后，会生成新的 PID

因为查看进程的指令太长了，所以我们可以结合前面学的自动化构建工具 make ，编写一个 Makefile 文件，文件内容如下所示：

top指令

top

这个指令之前有介绍过，相当于Windows中的 ctrl+alt+del 调出任务管理器一样，top 指令能直接调起 Linux 中的任务管理器，显然，任务管理器中包含有进程相关信息

通过proc目录查看进程信息

$ /proc/

这些数字所代表的就是PID。

杀进程

我们再来回忆一下我们是如何杀掉一个进程的…… $\textrm{ctrl + c}$

这是我们之前讲的，在 Linux 命令行中的热键，遇到问题解决不了可以用它来中止。

所谓的 $\textrm{ctrl + c}$ 就是用来杀进程的。除此之外，你也可以选择在另一个终端中使用 kill 命令：

$ kill -9 [pid]   # 给这个进程发送9号信号

当前你只需要知道可以通过 kill -9 命令杀掉进程就行了，至于这个 $9$ 号信号，我们会放在后面的信号章节去讲！

比如我们现在想杀掉刚才运行的, 打出进程 $\textrm{pid}$ 的 mytest 进程，其 $\textrm{pid}$ 为 22160：

父进程

进程间存在 父子关系

比如在当前 bash 分支下运行程序，那么程序的 父进程 就是当前 bash 分支

其中，PID 是当前进程的ID，PPID 就是当前进程所属 父进程 的ID 我们一样可以通过函数来查看 父进程 的ID值

//函数：获取当前进程PPID值
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

pid_t getppid(void);    //用法跟上面的函数完全一样

使用fork()创建子进程

写上如下代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
int main(void) {
    pid_t id = fork();
 
    printf("Hello, World!\n");
    sleep(1);
}

运行后发现

❓ 思考：

同一个 id 值，使用打印，没有修改，却打印出来了不同的值？为什么？这合理吗？
fork 如何做到会有不同的返回值？

再看看如下代码

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