【Linux】进程概念

最新推荐文章于 2025-05-18 22:13:39 发布

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在我们讲解进程之前，首先对操作系统做一个解释，操作系统是用来管理软硬件资源的，可以为应用程序提供一个良好的执行环境。在整个计算机中，操作系统的定位就相当于管理者。
我们如何理解管理这个词呢，很简单，就是先描述（利用结构体）被管理的对象，然后将被管理的对象组织起来（利用像链表等高效的数据结构），总结一下就是：先描述，后组织。

进程

进程是程序的一个执行实例，是占用资源的基本单位。
进程的所有信息通过一种数据结构PCB（进程控制块）描述，Linux下PCB叫做task_struct。
所有运行的进程的PCB都会以链表的数据结构组织起来。

task_struct结构体所包含的内容：
1. 标识符：进程ID，唯一标识这个进程。
2. 状态：进程状态，退出状态码，退出信号等。
3. 优先级：相对于其他进程的优先级。
4. 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
5. 上下文数据。
6. 其他信息。

查看进程的命令：
ps -ef 显示所有进程信息
ps -aux 显示进程信息
ps -l 显示更多的信息，优先级等等。

进程状态：
1. R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，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）。
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。

僵尸进程

僵尸状态（Z）是一个比较特殊的进程状态。当子进程退出，但是父进程没有读取到子进程的退出的返回代码时，子进程变成僵尸进程。僵尸进程会以终止状态保持的进程表中，并一直等待父进程读取它的进程退出代码。所以只要子进程退出，父进程还在运行，但没有读取到子进程退出状态，则子进程进入僵尸状态。

下面代码创建了一个维持三十秒的僵尸进程：

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

当执行这段代码，然后用 ps -aux 命令查看该进程会发现已经成为僵尸进程（Z）。

僵尸进程的危害：

当一个进程变为僵尸进程时，因为该进程一直在等待其父进程读取它的退出状态，所以僵尸进程一直维持着退出状态，这也属于进程的信息，会保留在PCB中。也就是说，僵尸进程一直存在，其PCB也就一直存在着。这样就会操作资源浪费，产生内存泄漏问题。

孤儿进程

孤儿进程是指父进程先于子进程退出了，这个子进程就变成孤儿进程，孤儿进程会被1号init进程“领养”，由该init进程来回收释放孤儿进程所占的资源。
这也是一种解决僵尸进程的方法，那就是将僵尸进程的父进程退出（kill -9），那么僵尸进程编程孤儿进程，由1号init进程回收释放资源。

下面代码创建了一个孤儿进程：

#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("I am child, pid : %d\n", getpid());
 sleep(10);
 }else{//parent
 printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
 sleep(3);
 exit(0);
 }
 return 0;
}

进程优先级

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级（priority）。
在Linux操作系统中，可以使用命令 ps -l来查看进程的信息包括优先级相关信息。

我们可以看到有PRI和NI两个选项
PRI表示进程可被执行的优先级，值越小优先级越高。
NI表示进程的nice值，取值范围是 -20~19。nice值不是进程的优先级，但是可以影响进程的优先级。

PRI(new)=PRI(old)+nice。

修改进程优先级：通过修改nice值来实现

进程的特点：

1. 竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
2. 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。
3. 并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。
4. 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

环境变量

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数，环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性。可以被子进程继承下去。

环境变量组织方式

每个进程都有一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每个指针指向一个以\0结尾的环境字符串。

通过代码获取环境变量
1. mian函数第三个参数。

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
 int i = 0;
 for(; env[i]; i++){
 printf("%s\n", env[i]);
 }
 return 0;
}

2. 通过第三方变量environ获取

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
 extern char **environ;
 int i = 0;
 for(; environ[i]; i++){
 printf("%s\n", environ[i]);
 }
 return 0;
}

libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明。

通过命令或者系统调用获取或设置环境变量

getenv()：获取指定的环境变量

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
 printf("%s\n", getenv("PATH"));
 return 0;
}

在Linux下运行：