大家好，我是旗帜僵尸。今天我将带领大家学习进程的概念。

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一、进程概念

冯诺依曼体系结构

如上图所示，冯诺依曼体系结构将计算机划分为3部分，分别是CPU、存储器、I/O设备
运行速度：CPU>>存储器>>I/O设备
在数据传输时，为了加快程序运行速度，CPU是不会与I/O设备直接交涉的，而是通过存储器作为桥梁来交互。

存储器指系统内存，而磁盘属于I/O设备

OS（操作系统Operator System）

我们从上图来学习OS。
用户希望开发，为了方便用户开发，所以我们有了用户操作接口
而在用户开发时，为了保护底层数据，又有了系统调用接口
通过调用接口，进行各种管理
驱动管理又细分为各个驱动
每个驱动对应着一个底层硬件

从图中看到，操作系统向上便于用户开发，保护隐私数据
向下又管理各种程序

OS作为用户与底层的中间者。其本质是管理各式各样的数据，确保计算机运行稳定。

进程的概念

我们可以看到OS中有对进程的管理。
而进程的本质 = 内核数据结构 + 对应的可执行程序代码。

在运行代码时，我们的程序首先从磁盘中加载到内存。
而此时，内存中除该程序代码外，还要为其创建一个用于描述代码信息的结构体——task_struct.
OS通过这些描述代码的结构体来做出管理。

PCB（进程控制块）

PCB：由task_struct组成的控制模块
可以理解为一个链表，用于管理进程。

tast_struct结构体中的内容大致有如下几类：
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.
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

关于进程的指令与函数

指令

ps ajx：查看进程
ps ajx | head -1:输出第一行

演示代码如上

PID：进程标识符
PPID：父进程的标识符
STAY：状态

kill 命令（其有许多选项，现讲解其中几种）
kill -9:杀死进程
kill -19:暂停进程
kill -18：结束暂停

演示代码如上
-9
-19,-18

值得关注的是，当我们暂停一个进程，再运行时，查询它的信息

其状态栏，少了一个+号，+号代表前后台。
有+号，其为前台程序，在执行时，我们不能运行其他指令，可以用ctrl c终止进程
无+号，其为后台程序，在执行时，我们可以运行其他指令，不能用ctrl c终止进程，只能用Kill杀死进程

函数

getpid();
getppid();
通过man查询可知，其返回类型为pid_t（整数类型），第一个返回值是进程的PID，第二个是父进程的PID

演示代码如上

我们发现，其每次运行，PID会变化，而PPID却一直不变
这是因为，我们的进程实际上都是bash(命令行解释器)的子进程，当我们还在使用LINUX时，bash一直在运行，所以其PID不会变化。

fork();
它用于创建子进程，返回值为子进程的PID。


演示代码如上

在这个代码中，出现了一个很奇怪的现象，if的两种情况都打印了
暂时可理解为进程之间互不影响，独立执行。
当我们学习之后的概念与内容就可以更好的理解它。

二、进程状态

操作系统层面的进程状态

对于OS而言，我们有许许多多的代码要执行，也就意味着有许许多多的进程要运行。
其状态诸如运行，新建，就绪，挂起，阻塞，等待，停止，挂机，死亡等等，而我们重点关注运行，阻塞，挂起

运行状态：
CPU在运行代码时，会创建一个运行队列，存放运行程序的各种信息，以及之后要运行的程序
而当进程进入这个队列时，则意味着它处于运行状态，即使它还在等待前面的进程运行结束。

阻塞状态：
当进程被CPU执行时，发现需要调用某个硬件，而该硬件此时还在被别的进程调用。CPU为了避免浪费时间，它会将该进程，放入硬件的等待队列，此时，它的状态便更改为了阻塞。
等硬件可以使用了，CPU会将进程重新纳入运行队列，进行执行。

挂起状态：
内存中，所有的代码与PCB都需要占用一定空间。
而当内存不够用，OS便会将一些处于阻塞状态的进程的代码先释放了，而其PCB仍在等待队列之中。此时，它的状态便是挂起状态。

对于上述状态中的各种队列，它们是对应的模块所创建的结构体，用来与PCB对接，对进程进行管理

LINUX的进程状态

在LINUX中，我们进程的状态被放在一个指针数组里：

static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
}; 

R：
运行状态。

S：
睡眠状态。对应阻塞状态。


这个进程运行时，其大部分时间都在等待外设，而运行状态只占很小一部分，所以基本查不到R状态。

D：
深度睡眠状态（这个状态我们无法查询，只能讲解。）

之前我们说过挂起状态。如果一个进程，在向磁盘写入数据，而此时内存紧张，它被挂起了。磁盘写入时发生异常，它在返回异常时，找不到该进程了。磁盘于是就继续执行下一个进程。
这段原本要被写入磁盘的数据也就丢了。

为了避免这种情况，D状态出现了，它标志着，该进程只有断电或者运行结束才能终止。

T：
暂停状态。


手动暂停则状态为T

t：
跟踪暂停状态。

当我们调试代码时，我们设置断点后，再运行。
程序运行至断点处暂停，此时，该进程状态为t状态

X：
死亡状态。
一个进程在结束时，由OS回收它的各种资源，在此时，它处于死亡状态。（时间太短，查询不到）

Z：
僵死状态。
一个进程在结束后，会被回收各种资源，而回收资源的工作一般由其父进程执行。
当子进程结束，父进程还未结束时，它处于僵死状态。

演示代码如上

其子进程结束，COMMAND也发生变化，后缀defunct（失效）
对于OS，若存在大量僵死进程，代表大量内存被占用无法释放，之后我们会讲解如何应对这种情况。

除上述状态外，还有一种较为特殊的进程——孤儿进程：
当一个进程的父进程先结束，该进程无人回收资源，此时它就是孤儿进程。
为了避免子进程结束时无人回收资源，造成内存泄漏，所以OS会让PID为1的进程（root）将其领养

演示代码如上

我们发现，在父进程死亡后，子进程的父进程更改为了1，而它也从前台运行变为后台运行

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总结

进程是我们学习LINUX的重点，本篇学习了进程概念与进程状态。
之后将学习有关进程的知识，请继续关注现在想吃🧠的旗帜僵尸，我将会持续更新linux的后续学习内容
下次见