【Linux】初识进程-基本概念

什么是进程？

      进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础，简单点说进程就是程序的一个执行实例或者正在执行的程序等，站在内核的角度，进程就是担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体

程序与进程的区别

1.概念

 程序：完成特定任务的一系列指令集合 

进程：--->从用户角度看，进程是程序的一次动态执行过程

       分时系统：时间片轮转

    --->从操作系统角度看，进程是操作系统分配资源的基本单位

     （1）每个进程都有自己的状态（走走停停）

                 （2）每个进程都有自己独立的地址空间

                 （3）进程需要有相关的数据结构来管理，PCB进程控制块，OS通过PCB来感知一个进程的存在

2.分段结构

     程序：数据段+代码段

     进程：数据段+代码段+堆栈+PCB（粘合剂）

3.区别：

（1）进程是动态的，程序是静态的；

（2）进程的生命周期短暂，程序永久；

（3）进程有重要的数据结构PCB；

（4）一个进程只能对应一个程序，一个程序可以对应多个进程

操作系统怎么管理一个进程的呢？（两步）

1.先把进程描述起来

2.再用结构体将每个进程描述起来，进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合，就是我们接下来介绍的PCB（process control block）

一、描述进程

Linux操作系统下描述进程的结构体叫task_struct

task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到内存（RAM）里并且包含着进程的信息

task_struct内容分类

标识符：与进程相关的唯一标识符，用来区别正在执行的进程和其他进程。

状态：描述进程的状态，因为进程有挂起，阻塞，运行等好几个状态，所以都有个标识符来记录进程的执行状态。

优先级：如果有好几个进程正在执行，就涉及到进程被执行的先后顺序的问题，这和进程优先级这个标识符有关。

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：程序代码和进程相关数据的指针。

上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。

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等。

记账信息：包括处理器的时间总和，记账号等等。

二、组织进程

所有运行在系统里的进程都以task_struct链表的形式存在内核中

三、查看进程

1、ls /proc

进程的信息可以通过/proc系统文件夹查看

如：要想获取PID为1的进程的信息，你需要查看/proc/1这个文件夹

2、ps命令：（process starus）查看进程（只显示本终端的进程）

（1）ps aux/-ef:查看当前用户的所有进程

（2）ps -ef | head 查看前10行进程

3.该系统最多可以有多少个进 程

【注】两者的输出结果差别不大，但展示风格不同。aux是BSD风格，-ef是System V风格。这是次要的区别，一个影响使用的区别是aux会截断command列，而-ef不会。当结合grep时这种区别会影响到结果。 
举例请参考：http://www.2cto.com/os/201303/197697.html 

四、进程创建

1.我们创建一个进程并试着用命令查看一下

（1）创建test.c

（2）查看进程

2.通过系统调用获取进程标识符

（1）修改代码（获取当前进程id调用getpid；获取父进程id用getppid）

（2）运行之：

（3）那么我们很好奇这里的父进程ppid=2475是个什么鬼？（bash终端）

3.调用fork创建进程

（1）man fork认识fork

【注】通过认识我们知道fork有两个返回值，fork出的父子进程代码共享，数据各自私有，父子进程数据进行写时拷贝

（2）fork用例分析：

五、进程状态

我们前面使用的ps命令中出现过一栏STAT栏信息，下面大部分信息显示的是S状态，那么是不是每个进程都有自己独立的状态呢？在linux下又有多少种状态呢？

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
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 */
};

【注】

1、R运行状态（running）: 并不意味着进程⼀定在运⾏行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队
列里。
2、S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠
（interruptible sleep））。
3、D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状
态的进程通常会等待IO的结束。
4、T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进
程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
5、X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。

                                                                      普通进程图

                                                                         Linux下的进程图

六、Z-僵尸进程

       僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使⽤用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产⽣僵死(尸)进程，僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态。

创建僵尸进程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0){
perror("error fork");
return 1;
}
else if(id > 0){ //parent
printf("parent[%d] is S...\n", getpid());
sleep(30);
}else{
printf("child[%d] is Z...\n", getpid());
sleep(5);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
return 0;
}

七、孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”

孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽。

创建孤儿进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(id == 0){//child
printf("child, pid : %d\n", getpid());
sleep(10);
}else{//parent
printf("parent, pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
exit(0);
}
return 0;
}

具体验证分别在两个终端下一一验证一下，晚安哦^_^