Linux C 中的进程

1. 进程

进程就是一段程序的执行过程。

进程与程序的区别

1. 程序是静态的，它是保存在磁盘上的指令的有序集合，没有任何执行的概念
2. 进程是一个动态的概念，它是程序执行的过程，包括进程的创建、调度和消亡
3. 程序是保存在磁盘上的，而进程是在内存中运行的

---

2. 进程空间问题

当一个进程运行或者创建时，操作系统会自动为其分配4G的虚拟内存空间（32位操作系统），虚拟内存的使用主要解决了进程间通信问题，保证每一个进程的空间一样，这样在通信的时候，数据交换更加方便。

既然说是分配4G的虚拟内存，那么实际分配时一定不会直接给它4个G的物理内存，而是实际使用多少，就分配多少的物理内存。

---

2.1 虚拟内存的划分

• 4G 的虚拟内存分为 1G 内核空间 和 3G 用户空间
• 1G 的内核空间是 操作系统中所有进程所公有的
• 3G 的用户空间是进程私有的

---

进程间通信就是学习如何在内核空间开辟区域。

---

2.2 虚拟内存和物理内存之间由MMU(内存管理单元)映射管理

MMU(Memory Management Unit)主要用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权、多任务多进程操作系统。

---

2.3 虚拟内存划分

---

2.4 进程进行IO操作示意图

---

3. 进程相关概念

---

3.1 进程号 PID

在操作系统中，每一个进程都有一个编号，该编号就是进程号，进程号是进程的唯一标识
进程号是操作系统给当前进程随机分配的，非负整数。

特殊的进程号：

• 0 → 内核进程号，系统运行起来就是内核进程
• 1 → init进程，它是所有进程的祖先

---

3.2 Linux 下进程分类

类型	解释
交互进程	由shell控制和运行，可以在前台运行，也可以在后台运行
批处理进程	不属于某一个终端，它被提交到一个队列中，以便顺序执行
守护执行	在后台运行，一般在Linux启动时就开始执行，系统关闭时才结束

---

3.3 进程控制块（PCB）

进程在创建和运行时，会有专门的一个结构体来保存它的信息，这个结构体为task_struct，又将其称之为进程表项或进程控制块，简称PCB

在/usr/src/linux-headers-3.2.0-29-generic-pae/include/linux下的sched.h头文件里面定义了task_struct结构体

---

3.4 进程的调度机制

多个进程如何运行

时间片轮转，上下文切换

---

3.5 进程的运行状态

符号	状态	解释
D	等待	不可中断的静止
R	运行态	正在执行中
S	睡眠态	阻塞状态
T	停止态	暂停执行，程序运行时，按下ctrl+Z，进程可进入该状态
Z	僵尸态	不存在但无法消除
W		没有足够页可分配
+	前台进程	前台运行
<	高优先级进程	优先运行
N	低优先级进程
L		有内存分页分配并锁在内存中，多线程中出现
s	会话组组长

---

4. 进程相关命令

---

查看进程，杀掉进程

ps	   #查看当前用户运行的进程
ps aux #查看当前系统中所有的进程，并且可以查看所占内存百分百等信息
ps ajx #查看当前系统中所有的进程，并且可以查看当前进程的父进程的id
top    #动态显示系统中所有的进程
htop   #更加好看的动态显示系统中所有的进程
sudo apt-get install htop #下载htop
nice   #按用户指定的优先级运行进程
renice	#改变正在运行进程的优先级
kill    #向一个进程发送一个信号
kill -9 pid    #将进程号为pid的进程杀死
pstree  #以树形结构显示系统中所有的进程的关系

---

前后台切换

#将一个进程在后台运行，查看运行状态后面没有+，如果是前台运行，会有+
./a.out  & 

#将挂起的进程（停止态T）在后台执行
bg  

#把后台运行的进程放到前台运行(+)，也可以直接把停止态(T)的进程直接唤醒
fg    

#将进程号为pid的进程变为停止态
kill -19 pid  

#将进程号为pid的进程从停止态变为后台进程
kill -18 pid 

---

5. 进程相关函数

---

5.1 fork() 创建子进程

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

功能：
	父进程创建一个子进程
	
参数：
    无
    
返回值：
    成功：
        >0   子进程的进程号，标识父进程的代码区
        0    标识子进程的代码区
        
   失败：-1

fork函数主要用于在一个进程中创建子进程，目的是为了能够在一个程序里面分别独立执行多个任务，相互之间还没有影响

只要执行一次fork()，就会在原有进程基础上再创建一个进程
如果不区分父子进程代码，fork()后所有代码，父子进程都会执行
一般使用fork()都是为了执行不同任务，所以一般都会区分父子进程代码区。

区分父子进程的方法就是判断fork()函数的返回值，在父进程中，fork()返回子进程PID，在子进程中fork()返回0。

父子进程调度机制

父子进程调度机制也是时间片轮转，上下文切换。
所以，他们之间执行时，根本没有先后之分。

父子进程用户空间问题

使用fork()函数创建的子进程，会将父进程 (虚拟内存中) 的用户空间完整复制一份，作为子进程 (虚拟内存中) 的用户空间。

父子进程之间的用户空间是完全独立的，他们对各自用户空间的操作，都不会对对方产生任何影响。

这里注意，如果在父进程中已经定义了一个变量a，a的地址为0x123，当子进程创建完后，子进程中也会有变量a，且地址也是0x123，但是他们并不是同一个a，因为他们分别属于不同的用户空间，互不影响。

---

父子进程共享资源问题 / 父子进程同时访问同一文件

先看一段代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
   
   
    int fd;
    if((fd = open(argv[1], O_RDWR)) == -1)
    {
   
   
        perror("open error");
        return -1;
    }
    
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1)
    {
   
   
        perror("fork error");
        return -1;
    }
    else if(pid > 0) //父进程的代码区
    {
   
   
        //父进程向文件写入数据
        write(fd, "hello world", 12);
        printf("父: [%d]的offset = %ld\n"