Linux进程与进程控制_linux的进程为什么要有自己的代码段-优快云博客

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基本概念-进程简介

什么是进程？

进程的概念首先是在20世纪60年代初期有 MIT 的Multics 分时系统和IBM的 TSS/360系统引入的，在40多年的发展中，人们对进程有过各种各样的定义，列举较为著名的几种。

进程是一个独立的可调度的活动（Cohen, Jofferson）；

进程是一个抽象的实体，当它执行某个任务时，要分配和释放各种资源。

（P.Denning）

进程是可以并行执行的计算单位（Madnick，Donovan）

本质：进程是程序的一次执行的过程，进程是程序执行和资源管理的最小单元。在Linux环境下，每个正在运行的程序都称为进程

基本概念-进程控制块

什么是进程控制块(PCB)？

进程是Linux 系统中调度和管理资源的单位，那系统如何描述和表示一个进程的变化呢，答案是通过进程控制块来实现的。

进程控制块包含了那些内容呢？

进程的描述信息(进程ID，进程状态…)；

进程控制信息；(调度信息，时间片，优先级…)

进程的资源信息(内存资源,打开的文件，使用的定时器…)

Linux 系统中进程控制块中的每一项都是通过 task_struct 结构体来表示，定义在 #include <linux/sched.h >头文件中的。

基本概念-进程标识

既然进程是Linux 系统中基本的调度和管理资源的单位，那系统就需要能够唯一标识出每一个进程，才能更好的进行调度和管理的工作，Linux 系统是通过进程号（PID）来唯一的标识一个进程，

父进程标识号：当前进程的父进程的标识，（PPID）

PID 和 PPID 都是非零的正整数。

进程的特性

动态性
- 进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
并发性
- 多个进程可以同一时间运行在一个内存空间中，任何进程都可以同其他进程并发执行。
独立性
- 虽然在一个内存空间中有多个进程在运行，但其实每个进程都运行在各自的虚拟内存空间中，互不干扰。
异步性
- 由于进程间的相互制约，使得进程具有执行的间断性，也就是说，进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进。
结构特性
- 每个进程都有自己的私有空间，在这个私有空间中，会涉及四个不同的段落，进程在内存中的结构由代码段，数据段，堆段和栈段四部分组成。

进程结构

Linux 是一个多进程的系统，进程之间具有并发性，互不干扰，也就是说，每个进程拥有各自的权利和义务，其中，各个进程都运行在独立的虚拟地址空间，因此，即便是一个进程发生异常，也不会影响到系统中其他的进程。
Linux 系统的进程主要包含4个段，分别为 “代码段”，“数据段”，“堆段”，“栈段”

在这里插入图片描述

代码段：存放程序代码
数据段：存放数据
栈段：存放临时变量
堆段：存放动态申请变量
BSS 数据段：没有初始化的全局变量
只读数据段：初始化的全局变量，静态变量，常量

进程模式和类型

Linux 系统中，进程执行模式分为用户模式和内核模式，如果当前运行的是用户程序，应用程序或者非内核的系统程序，那么进程就运行在用户模式下，如果用户程序在执行过程中出现系统调用或者发生中断事件，那么就要运行系统程序，进程模式就变为内核模式，内核模式下的进程可以执行机器的特权指令，此时运行的进程不受到用户的干扰，即使是 root 用户也不能干扰内核模式下进程的运行。

进程的状态

进程有4种基本状态：

运行状态（RUNNING）
- 进程正在执行。
就绪（Ready）
- 进程已经获取到除处理器外的所有资源，等待分配处理器资源，只要分配到处理器资源就可以运行。一般就绪进程是会有一个就绪进程队列，有系统来调度。
等待（阻塞Blocked）
- 进程因等待某个事件发生而暂停运行。
停止（stop）
- 进程已经完成任务。

进程的状态转化

运行----> 等待
- 正在运行的进程因等待某事件发生，转入等待状态。
等待—>就绪
- 处于等待状态的进程，因所等待的事件发生了，进入就绪对队列让系统调度运行。

进程与程序

进程不等同于程序。程序是一些存在磁盘上的一个没有生命的指令集合，是个静态的概念，没有任何执行的概念，而进程是动态的概念。它是程序执行的过程，包括了动态创建、调度和消亡的整个过程。进程是程序执行和资源管理的最小单位。

对系统而言，当用户在各级系统中键入命令执行一个程序的时候，它将启动一个进程，因此，一个程序可以对应多个进程。

进程的基本操作

进程创建
pid_t fork(void);
pid_t vfork(void);
获取进程ID
uid_t getpid(void);
uid_t getppid(void);
进程等待
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status, int options);
进程退出
void exit(int status);
void _exit(int status);

进程运行新程序
int execl(const char path,const char arg,….); int execlp(const char file,const char arg,….); int execle(const char path,const char arg,….,char *const envp[ ]);

int execv(const char path, char const argv[ ]); int execvp(const char file, char const argv[ ]); int execve(const char filename, char const argv[ ],char *const envp[ ]);

1.进程创建

函数名	fork
头文件	#include <unistd.h> #include <sys/types.h>
函数原型	pid_t fork(void);
功能	创建子进程
参数说明	无
返回值	fork 函数的奇妙之处在于调用一次，返回两次，可能有3种不同的返回值：父进程中，fork返回新创建的子进程的PID 子进程中，fork返回0 出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

fork函数

fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，一个进程调用fork（）函数后，就会创建一个新的进程，系统先给新的进程分配资源，然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，包括数据空间、堆、栈和进程描述符等，只有少数值与原来的进程的值不同（比如原进程的定时器,操作信号）。相当于克隆了一个自己,子进程从fork函数的返回值处开始执行。

创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。

函数名	vfork
头文件	#include <unistd.h> #include <sys/types.h>
函数原型	pid_t vfork(void);
功能	创建子进程
参数说明	无
返回值	父进程中，fork返回新创建的子进程的PID 子进程中，fork返回0 出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中
与fork的区别	1.fork: 子进程拷贝父进程的数据段,代码段 vfork: 子进程与父进程共享数据段和堆栈空间，所以子进程对变量修改和父进程会同步。详细的查看手册 2.fork: 子进程和父进程运行次序不固定，由系统调度决定 vfork: 子进程会先于父进程运行

2.进程退出

函数名	exit和_exit
头文件	#include <unistd.h> #include <stdlib.h>
函数原型	void exit(int status); void _exit(int status);
功能	退出，或终止进程
参数说明	status：退出码/退出的状态值
返回值	无
两者之间的差别	exit相对于_exit 会多一个缓冲区清理的工作

在这里插入图片描述

exit 和return 区别

void Test()
{
  printf(“Hello\n”);
  return ;
}
void Test()
{
  printf(“Hello\n”);
  exit(EXIT_SUCCESS) ;
}

int main()
{
   while(1)
  {
      Test();
      sleep(1);
    }
   return 0;
}

上述代码中：exit退出整个进程，return 退出当前函数

3.获取进程ID

函数名	getpid，getppid
头文件	#include <unistd.h> #include <sys/types.h>
函数原型	pid_t getpid(void); pid_t getppid(void);
功能	getpid：获取当前进程ID getppid：获取当前进程父进程ID
参数说明	无
返回值	getpid：返回当前进程ID getppid：返回当前进程父进程ID `注意：该两个函数调用不会出错。`

4.进程等待

函数名	wait
头文件	#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>
函数原型	pid_t wait(int *status);
功能	阻塞父进程，直到某个子进程退出
参数说明	status ：获取到的子进程结束状态值,获取到status后用 WEXITSTATUS(status) 来转换子进程退出时的退出码
返回值	成功：返回退出的子进程的ID 错误：返回 -1 `说明：wait 是waitpid 的一个特例`

函数名	waitpid
头文件	#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>
函数原型	pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能	阻塞调用进程，直到某个子进程退出
参数说明	Pid: 等待的子进程ID； status ：获取到的子进程结束状态值； options：附加选项（详见手册说明）
返回值	成功：返回退出的子进程的ID 错误：返回 -1

5.进程运行新程序

exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。

一个进程调用exec族函数后，代码段，数据段，堆段，栈段的都会被新程序覆盖，唯一保留的是PID（进程号）

函数名与参数的关系：

细看一下，这6个函数都是以exec开头（表示属于exec函数组），前3个函数接着字母l的，后3个接着字母v的，我的理解是l表示list（列举参数），v表示vector（参数向量表）

字母p是指在环境变量PATH的目录里去查找要执行的可执行文件。2个以p结尾的函数execlp和execvp，看起来，和execl与execv的差别很小，事实也如此，它们的区别从第一个参数名可以看出：除 execlp和execvp之外的4个函数都要求，它们的第1个参数path必须是一个完整的路径，如"/bin/ls"；而execlp和execvp 的第1个参数file可以仅仅只是一个文件名，如"ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH指定的目录里去查找。

字母e是指给可执行文件指定环境变量。在全部6个函数中，只有execle和execve使用了char *envp[]传递环境变量，其它的4个函数都没有这个参数，这并不意味着它们不传递环境变量，这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve用指定的环境变量去替代默认的那些。

函数名	execl
头文件	#include <unistd.h>
函数原型	int execl(const char path,const char arg,….); int execlp(const char file,const char arg,….); int execle(const char path,const char arg,….,char *const envp[ ]);
功能	用path或者file所指定的进程地址空间替换调用进程的地址空间
参数说明	Path: 执行程序的全路径； file ：执行程序的名称； arg…:被执行程序所需的命令行参数，含程序名。以空指针结束 .
返回值	-1：错误发生并记录错误码 errno `注意：该函数只有在错误发生的时候才返回。`

函数名	execv
头文件	#include <unistd.h>
函数原型	int execv(const char path, char const argv[ ]); int execvp(const char file, char const argv[ ]); int execve(const char path, char const argv[ ],char *const envp[ ]);
功能	用path或者file所指定的进程地址空间替换调用进程的地址空间
参数说明	Path: 执行程序的全路径； file ：执行程序的名称； argv :被执行程序所需的
返回值	-1：错误发生并记录错误码 errno `注意：该函数只有在错误发生的时候才返回。`