进程和程序

一个程序可以创建多个进程，每个进程的文本段相同，但是数据段、堆、堆栈段却不同。

进程的特性：

程序最初以某种可执行格式驻留在外存上（如：磁盘）。操作系统运行程序时将需要用到的代码和所有静态数据加载（load）到内存中(惰性执行，暂时用不到的代码不加载)，方便 CPU 运行进程时使用。
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操作系统如何控制和调度程序

实际中，一个正常的系统可能会有上百个进程同时在运行，而我们只有少量的物理 CPU 可以使用，因此，如何满足诸多进程对于 CPU 的需求便成了重中之重。

按照冯诺依曼体系结构，所有的数据想要被CPU进行处理，第一步就是要将代码和数据加载到内存中。
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操作系统通过 虚拟化CPU ，让一个进程只运行一个时间片，然后切换到其他进程，通过 快速切换 和 优先级调度 运行所有的程序，造成了同时运行的假象。这就是 时分共享CPU技术 ，也就是 CPU分时机制 。

但是，这里还存在着几个问题，CPU是如何在内存中找到每个程序的？CPU在来回调度时，如何能够从上一次运行的位置继续运行？如何能够保证继续处理上一条没有处理完的数据？

操作系统为了能够完成上述操作，设置了一个用于描述进程信息的数据结构—— PCB 。

操作系统为了能够使每个程序能够独立运行，在操作系统中为其配置了一个数据结构，也就是我们通常所说的 PCB（Process Control Block），这个数据结构在 Linux下是：task_struct

task_struct 中的内容：

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PCB有两种组织方式：

链接方式：
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索引方式：

PCB是操作系统对一个运行中的程序(也就是进程)的描述，操作系统通过这个描述来实现对程序的运行调度：

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回到前面提出的问题：

我们可以通过 fork 在一个 已经创建的进程内 创建一个 新的进程 ，这个 新的进程 就是 原先进程的子进程 。

在子进程创建的时候，它从父进程的PCB中复制了很多数据，如内存指针、上下文数据、程序计数器等，所以它的代码、数据以及运行的位置，都与父进程一模一样。

由于代码段是只读的，所以两者的代码都一样，不可修改，而两者虽然虚拟地址相同，但物理地址不同，所以两者的数据都各自独立。

总结一下就是：父子进程代码共享，数据各自开辟空间。 (利用写时拷贝技术)

在 Linux 中，我们可以通过 fork 函数 来创建子进程

pid_t fork(void)

我们创建子进程，是希望它和父进程执行不一样的操作，那么我们该怎么实现呢？

最简单的方法就是通过 fork 的返回值来进行代码分流，父进程的返回值是子进程的 pid ，而子进程的返回值是 0 ，通过对返回值的判断，即可完成代码的分流。

但是这种方法的代码十分冗余，还有一种更加优秀的方法——程序替换。

进程有三种基本状态：
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执行状态（running）：
1. 进程正在 CPU上执行；
2. 只能有一个进程处于执行状态（单CPU）；
就绪状态（ready）：
1. 进程已获得除 CPU 外的所有资源，等待分配 CPU 就可执行；
2. 可以有多个进程处于就绪状态，组成就绪队列。
阻塞状态（waiting）：
1. 进程因自身原因（如：等待I/O资源）而暂停执行，也称 “等待状态” 或 “睡眠状态” 。
2. 可以有多个进程处于阻塞状态，组成阻塞队列

但是在 Linux 中，将状态细分到了六种：

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。
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）。
**D磁盘休眠状态（Disk sleep）：**有时候也叫不可中断睡眠状（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待 IO 的结束。
T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停（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。
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
Z僵死状态（Zombies）： 进程已经退出了但是资源还没有完全被释放的一种状态。