初识Linux下进程

🌎初识进程


初识进程

    简单认识一下进程

    如何管理进程

    进程属性信息

    内核运行队列

    查看进程

    通过系统调用获取进程标识符
      父子进程
      查看运行中的进程

    总结


前言

  我们在电脑上点开的一个个应用,其实就是一个个进程,进程仅仅如此吗?今天我们就来认识一下进程,那么话不多说,开启我们今天的话题!

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🚀简单认识一下进程

  打开任务管理器,管理器上显示的所有应用都是进程,例如:

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  这些打开的应用程序,都是进程,这也说明了操作系统可以同时运行多个进程,我们上次学习了操作系统的管理工作,那么os是如何对加载到内存的程序做管理的呢?

  还是那六个字: 先描述再组织

  那么在我们Linux系统下,是如何描述进程的?众所周知,Linux大部分是用C语言写的,而描述进程就会用到struct结构体:

struct XXX{//状态//优先级//内存指针字段//标识符//..包含进程几乎所有的属性字段struct XXX *next; 
}; 

  先描述,就是将进程的属性信息放在结构体当中。


🚀如何管理进程

  可执行程序被加载到内存的时候,仅仅是 将可执行程序的代码和数据加载进来 了,但是os并不认识你:

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  这就好比,你跟你的好朋友小明是室友,今天你们去蹭陌生人的席,但是不巧的是被主人发现了,主人一脸奇怪的看着你俩。这个时候,因为主人没有对应的信息,所以主人并不认识你。
  但是你急中生智,你告诉主人家:我们是你七大姑的八大姨家的孩子,他是我弟弟。然后你就拿出了500块钱,说:刚才忘记上账了。这个时候主人家也不管你是不是亲戚了:“来了就是客人,钱我就收着了,你去登记吧~,一人250。”

  对于操作系统也是如此,既然你已经加载进来了,os为了 更好的管理这些程序,就需要把你的信息交给操作系统。

  所以就需要将可执行程序的结构体变量实例化,也就是创建 结构体对象 !所以 每一个 可执行程序都有对应的描述其结构体的对象。

  进程全称为:Process Control Block进程控制块),简称:PCB

struct PCB{//状态//优先级//内存指针字段//标识符//..包含进程几乎所有的属性字段struct PCB *next; //链式结构,指向下一个PCB对象
}; 

  我们已经描述完了一个结构体对象,那么如何组织呢?其实在进程结构体对象当中,有着一个 next 指针,用来指向下一个PCB对象形成链式结构,这样,所有的进程就都可以关联起来了。

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  那么这个PCB对象就是进程吗?也不是,进程是:进程 = 内核数据结构 + 可执行程序。这里的 内核数据结构 暂时 可以理解为 进程的PCB对象

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🚀进程属性信息

  PCB是进程比较官方的叫法,在Linux下我们的进程实际上叫做:task_struct。其中 task_struct 是 PCB 的一种

  • 标识符:描述本进程的唯一标识符,用来区别其它进程。
  • 状态:任务状态,退出码,退出信号等…
  • 优先级:相对于其他进程的优先级。
  • 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:包括程序代码和进程相关数据的指针,还有和其他进程共享的内存块指针。
  • 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IO请求,分配给进程的IO设备和被进程使用的文件列表。
  • 记账信息:可能包括处理器时间总和,使用时钟数量总和,时间限制,记账号等。
  • 其他信息

  这里需要提及的一点就是 程序计数器,我们CPU是如何知道我们当前行代码的下一行代码在哪个位置呢?比如 当我们正在执行一个从1累加到100的程序

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  很多人会误以为CPU很快,所以很聪明,其实 CPU非常 “笨”, 因为CPU的工作内容就是:取指令 ——> 分析指令 ——> 执行指令,执行完成后,一直循环这几个步骤

  就像一个百米运动员,跑的很快,但是给他拿一套高数卷子,可能就让他头大了。

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  那么我们CPU是如何执行指令的呢?其实在CPU内部有一个名为 eip/pc 寄存器,这个寄存器被称为 pc指针(point code),这个pc指针会指向 当前正在执行指令的下一条指令的地址!

  那么也就是说,pc指针指向哪个代码块,哪个进程就会被执行

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  进程里的这些其他属性我们往后会慢慢地接触,目前了解即可,我们可以先看一下在Linux源码当中,task_struct到底是什么样的:

  
  展示的仅仅是task_struct 的 一小段代码,而完整的task_struct 大约有几百行代码,篇幅有限,这里就不多展示了,有兴趣可以自己查阅Linux源码。

  这里我想要说明的是,进程中的属性是非常多的,当然这些属性有着自己的用途,以后我们就会慢慢接触。


🚀内核运行队列

  我们已经初步了解了进程,可是,当CPU想要去运行进程,该如何去运行这么多进程呢?其实在CPU内部,会给这些进程排个队,依次来执行这些进程,也就是所谓的 运行队列

  内核的运行队列也是通过 先描述再组织 的方式来实现的,先描述,将需要的进程数据与信息放在运行队列的结构体当中,再组织,创建结构体对象,对进程信息进行排队管理。

struct runqueue//内核运行队列
{int count;//进程计数PCB *head;//指向进程的头指针,以便于能够执行//...其他属性信息
}

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  所以教材上所谓的 CPU让进程排队,就是让进程的PCB排队,而不是让进程的可执行程序去排队!


🚀查看进程

  我们知道了进程的概念,那么我们想看看进程到底长什么样子,如何操作呢?我们可以使用:

ls /etc #在etc目录下查看进程

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  使用 ls 命令在 etc 目录下查看进程即可,当然也可以使用 ps 命令:

ps#查看当前正在运行的进程有哪些

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  可以看到当前运行的进程就是 bashps 命令,我们也可以查看更多进程,使用ps命令时,带上 ajx 或者 aux 选项:

ps ajx#或者ps aux都可

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  当然还有其他的查看进程的方法,这里就不再赘述了,有兴趣可以自己查资料。


🚀通过系统调用获取进程标识符

✈️父子进程

  在开始上手实操之前,我们需要了解一下什么是父子进程:

  在我们用ps命令查看系统的进程的时候,上面的属性信息就写着一个进程的父子进程的id:

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  其中的 PID就是该进程自己的idPPID指的是该进程的父进程id,这也就是该进程的进程标识符,每个进程都有自己的 唯一标识符

✈️查看运行中的进程

  首先我们要先创建一个C的源文件,编译生成可执行程序:

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再配置makefile文件:

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再形成可执行程序:

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我们运行程序,当程序在执行的时候,这个可执行程序就变为了一个 进程

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  我们可以使用如下指令 显示出进程的状态

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 可执行程序 #使用命令行管道,将前面得到的信息向后传递

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  我们可以看到,当程序在运行时,我们可以看到,./mybin 出现在了进程状态栏里面,此时我们进程的 pid为13133ppid为12693。当进程结束时,这个进程也就消失了。

  不对啊,我不记得我们在写程序的时候有写父进程啊?这个父进程id是怎么来的?我们不妨对该父进程 ppid 进行 ps 一下:

ps 进程id#显示id进程的信息

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  其实 这个程序的 默认父进程是bash,这是因为:

  bash是大多数 Linux 系统的登录 shell。当您登录到系统时,bash shell 会启动并等待输入命令。输入命令时,bash shell 会将其解析为一个可执行文件和一组参数,然后在bash上执行该可执行程序

  注意./mybin下面的那个进程是grep的进程,因为在运行的时候,grep命令也变成了一个可执行程序,也是一个进程


📒✏️ 总结

  •  电脑上启动的一个个程序就是进程,更详细点:进程=内核数据结构+可执行程序
  •  我们大部分人的电脑CPU只有一个,所以操作系统需要将很多进程进行管理,用到了运行队列
  •  一个原始进程的父进程是bash

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  如果这篇文章对你有帮助的话,还望三连支持呀~~

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