【Linux 08】进程概念

文章目录

🌈 01. 基本概念
🌈 02. 描述进程 PCB
🌈 03. 使用 ./ 的方式创建进程
🌈 04. ps 查看进程
🌈 05. getpid / getppid 获取进程标识符
🌈 06. kill 终止指定进程
🌈 07. fork 创建子进程
🌈 08. 进程状态
- 1. 进程基本状态
- 2. 查看进程状态
🌈 09. 僵尸进程
🌈 10. 孤儿进程

🌈 01. 基本概念

1. 课本概念

程序的一个执行实例，表示正在执行的程序。
一个任务就是一个进程，一个程序可以启动多个进程，程序只有一个，而一个程序可以有多个进程。

2. 内核概念

分配系统资源 (CPU时间、内存) 的实体称为进程。

🌈 02. 描述进程 PCB

将外存中的可执行程序的代码和数据加载到内存当中，但光凭对应的代码和数据不足以描述进程信息。
进程信息被放在一个叫做==进程控制块 PCB (process control block) ==的结构体中。
在操作系统学科中，每个进程都要有一个 struct PCB 的结构体来管理这些进程的信息，Linux 操作系统下的 PCB 就是 task_struct。

操作系统为了管理所有的进程，规定了一个进程，一定要有一个 PCB。

进程的定义

进程 = PCB + 自己的代码和数据。
对进程的管理就是对 PCB 构成的链表的增删查改操作。

🌈 03. 使用 ./ 的方式创建进程

./某个可执行程序：本质就是让系统创建进程并运行。我们自己编写形成的可执行程序 = 系统命令 = 可执行文件。在 Linux 中运行的大部分执行操作，本质都是运行进程。

🌈 04. ps 查看进程

指令：ps axj

功能：查看当前系统中所有正在运行的进程。

示例

直接使用 ps axj 查看的是所有的进程信息

如果需要查看指定进程则需要搭配管道 | 和 grep 获取关键字信息这两个指令。

🌈 05. getpid / getppid 获取进程标识符

1. 进程标识符

pid：进程的 id，也成为进程的标识符，是每个进程所拥有的唯一标识符。
ppid：本进程的父进程的 id。

2. 获取进程 pid

getpid()：获取进程自身的 pid。
getppid()：获取进程的父进程的 pid。

3. 获取 pid / ppid 示例

使用如下代码获取进程的 pid 并保证进程不会结束。

#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>using std::cout;
using std::endl;int main()
{while(1){// 获取当前进程的 pid 与 ppidcout << "I am a process pid: " << getpid() << "ppid: " << getppid() << endl;sleep(1);}return 0;}

发现获取到的进程 pid 和 ppid 与使用 ps 指令查询到的进程 pid 一致。

🌈 06. kill 终止指定进程

常见指令

指令	功能
kill -9 pid	终止指定 pid 所标识的进程
kill -19 pid	暂定指定 pid 所标识的进程
kill -18 pid	解除暂停 pid 所标识的进程

终止进程示例

使用 getpid 获取到的 myprocess 进程的 pid 的来终止该进程。

🌈 07. fork 创建子进程

1. fork 的返回值说明

fork() 的返回值	说明
返回值 < 0	子进程创建失败
返回值 == 0	子进程创建成功，返回子进程 pid 给父进程，返回 0 给子进程
子进程 pid	表示父进程，父进程通过接收子进程 pid 管理子进程

2. 创建进程的本质

创建一个进程，本质是系统中多出一个子进程，即多了一个内核 task_struct2，子进程与父进程都各自拥有自己的代码和数据。
默认情况下，子进程会继承父进程的代码和数据，包括 PCB 也会以父进程的 PCB 为模板来初始化。
父子进程之间代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）
因为父子进程之间的代码是共享的，在执行子进程自己的代码时会顺带着再执行一遍父进程的代码，这种情况下，创建出子进程就没有任何意义了。
因此在 fork 之后，如果想要单独执行子进程的数据，就要使用 if 对父子进程的代码和数据进行分流。

3. 创建子进程的原因

希望子进程和父进程执行不一样的代码部分，让多个进程并发跑起来。

4. 多进程中使用 if 让父子进程执行不同的代码

#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>using std::cout;
using std::endl;int main()
{                                                                                                                                                                             pid_t id = fork();if (0 == id)    // 执行子进程部分代码  cout << "I am child process" << endl;  else if(id < 0) // 子进程的创建失败了cout << "process creation failure" << endl;else            // 执行父进程部分代码                                                                                                                            cout << "I am parent process" << endl;return 0;                               
}

父子进程各执行了自己的那部分代码。
关于 fork 函数为什么会有两个返回值的问题看虚拟地址空间 + 父子写时拷贝。

🌈 08. 进程状态

1. 进程基本状态

任何一个进程在运行的时候都要有对应的状态，一个进程可以拥有几个状态。
进程状态是 task_struct 内部的一个属性，更改进程状态就是更改其状态属性。

状态标识符	标识符说明	状态说明
R	运行状态 running	进程处于运行中或运行队列里
S	睡眠状态 sleeping	浅度睡眠，进程在等待 “资源” 就绪，睡眠状态可被中断
D	磁盘休眠状态 disk sleep	深度睡眠，不可中断睡眠，该状态的进程不会被操作系统干掉
T	停止状态 stopped	kill -19 pid 暂停进程；kill -18 pid 解除暂停
Z	僵尸状态 zombies	进程退出时，会暂时处于僵尸状态，要将退出信息保留在自己的 PCB 中，没人读取这些退出信息回收该进程时，该进程就不会释放，此时就一直处于僵尸状态

2. 查看进程状态

1. R 运行状态

编写一段死循环的代码，能够让 CPU 一直处在运行状态。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main()                                                                         
{while(1);return 0;
}

R+ 表示该进程在前台运行

2. S 睡眠状态

编写如下一段死循环打印的代码。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main()                                                                         
{while(1)cout << "sleeping" << endl;return 0;
}

因为 CPU 绝大部分时间都在等待显示器打印信息，因此绝大部分时间处于睡眠状态。

3. T 暂停状态

暂停指定进程：kill -19 对应进程 pid

解除进程暂停：kill -18 对应进程 pid，恢复的进程会跑到后台状态自动变成 R。

🌈 09. 僵尸进程

僵尸进程概念

已经运行完毕，但是需要维持自己的退出信息，自己的进程 task_struct 会记录自己的退出信息，未来让父进程读取。
子进程退出时不会立即退出，此时处于僵尸状态，父进程没有读取到退出信息，无法对该进程回收时就会一直处于僵尸状态。无法使用 kill 指令干掉僵尸进程。
僵尸进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直等待父进程读取退出状态代码。
如果一直处于僵尸状态，即僵尸进程一直存在，则会造成内存泄漏。

僵尸进程示例

使用如下代码让父进程多运行一会，保证子进程退出时，父进程还在运行。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>using std::cout;
using std::endl;int main()
{pid_t id = fork();if (0 == id)	// 子进程{cout << "I am child pid: " << getpid() << endl;sleep(5);}else			// 父进程{cout << "I am father ppid: " << getppid() << endl;sleep(100);}return 0;
}

🌈 10. 孤儿进程

孤儿进程概念

孤儿进程听名字就知道是个什么东西，父进程如果先行退出，子进程就会变成孤儿进程。
为了避免未来孤儿进程在退出后无法被回收，因此孤儿进程会被 1 号进程 (操作系统) 领养。

孤儿进程示例

对僵尸进程的示例代码进行改动，让父进程先行结束掉，即可看到孤儿进程的情况。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>using std::cout;
using std::endl;int main()
{pid_t id = fork();if (0 == id)	// 子进程{cout << "I am child pid: " << getpid() << endl;sleep(100);}else			// 父进程{cout << "I am father ppid: " << getppid() << endl;sleep(5);exit(0);}return 0;
}