【Linux系统编程】第十七弹---进程理解

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1、进程的基本概念

2、描述进程-PCB

2.1、什么是PCB

2.2、为什么要有PCB

3、task_ struct

3.1、启动进程

3.2、创建进程

3.3、一次创建多个进程

3.4、task_ struct内容分类

3.5、查看进程内容

总结

1、进程的基本概念

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

1. 如何用通俗易懂的话来理解进程呢？？？

进程 == PCB(进程控制块) + 进程对应的的代码和数据。一个进程对应一个PCB 。

注意：可执行程序加载到内存不是进程，只是进程对应的代码和数据。

2、描述进程-PCB

2.1、什么是PCB

进程信息被放在一个叫做PCB(进程控制块)的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。

课本上称之为PCB（process control block）， Linux操作系统下的PCB是: task_struct。

task_struct 是 PCB的一种，在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

struct PCB
{//所有属性struct PCB* next;//内存指针 
}

因此对进程的管理变成了对链表的增删查改。

2.2、为什么要有PCB

因为操作系统要对进程进行管理，管理需要先描述再组织，而PCB是对进程的描述。

3、task_ struct

3.1、启动进程

1、./可执行程序，本质就是让系统创建进程并运行(包括：自己写代码形成的可执行程序，系统命令，可执行文件)。在Linux中运行的大部分指令操作，本质就是运行进程！！！

2、每一个进程都要有自己唯一的标识符，叫做进程的pid(进程id)。

3、一个进程，想知道自己的pid？？？

方式一：通过指令查看pid

ps指令：

语法：

ps [选项]

功能：

显示当前终端会话中属于当前用户的进程列表。

常见选项：

-a : 显示跟当前终端关联的所有进程

-j : 工作格式

-x : 显示所有进程，不以终端机来区分

此处使用固定格式查看：

ps -ajx | head -1 && ps -ajx | grep 可执行文件

# &&表示前后命令都要按照顺序执行，此处表示先查看该命令的第一行再查看有关可执行程序的信息

方式二：通过调用系统函数

操作系统对进程进行管理，但是用户不能直接访问操作系统，因此需要通过系统提供的系统调用函数来管理进程。

查看pid的函数为getpid();

可以通过man手册进行查询，输入命令： man getpid

通过创建一个C语言代码来查看pid:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>int main()
{while(1){printf("I am a process,pid: %d\n",getpid());//查看pidsleep(1);//打印一次之后休眠一秒}return 0;
}

4、ctrl + c 在用户层面终止进程 kill -9 pid 杀掉进程

注意：kill掉任意一个进程不会影响另一个进程！！！ (进程保证独立性)

5. ppid (父进程id)

前面获取pid的函数后面还有ppid函数，此处通过代码查看ppid。

为什么进程每次启动pid会变但是ppid不会变呢？？？

我们先查看一下父进程是什么，输入该命令：

ps -axj | head -1 && ps -axj | grep ppid

通过查看可以看到该进程是bash进程(命令行解释器)，因此就很好理解了。

当我们运行一个进程时，命令行解释器会把这个指令解释成bash的子进程。
接着再由这个bash的子进程执行对应的命令。
即：每一条命令被执行，都属于bash的子进程，只是子进程不一样。

如何理解子进程不一样呢？

就像我们高考考上北京大学，当年会给我分配一个学号，但是有一天我不想读了，我又重新高考进入北京大学，此时的学校还是北京大学，但是学号就不一样了。

补充：

为了更好看到执行程序与进程信息，可以使用shell脚本，隔一秒查一次进程

while : ; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess; sleep 1; done

3.2、创建进程

创建跟上面查看进程一样，需要调用系统提供的函数。创建进程的函数为fork();fork之后，父子代码共享。

使用man手册查看fork()函数，输入命令：man fork

创建一个进程，本质是系统中多了一个进程，多一个进程就多一个内核数据结构+自己的代码和数据。父进程的代码和数据从硬盘上加载来的。子进程的代码和数据从哪来呢？？默认情况继承父进程的代码和数据。

怎么证明是子进程呢？？？

使用C语言代码创建进程来证明：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>int main()
{fork();//创建进程printf("hello world,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());//查看进程对应信息return 0;
}

为什么要创建子进程？

我们想让子进程执行和父进程不一样的代码。提高运行效率。

接下来我们就对父子进程写入不一样的代码，此处需要用到fork函数的返回值。

继续使用C语言代码来实现：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>int main()
{printf("process is running,only me!,pid: %d\n", getpid());sleep(3);pid_t id = fork();if (id == -1) return -1; //进程创建错误直接退出else if (id == 0){//child 子进程代码while (1){printf("id: %d,I am child process,pid: %d,ppid: %d\n", id, getpid(), getppid());sleep(1);}}else{//parent 父进程代码while (1){printf("id: %d,I am parent,pid: %d,ppid: %d\n", id, getpid(), getppid());sleep(2);}}return 0;
}

1.不同进程执行不同的代码是实现出现了，但是同一个id怎么可能既是等于0，又是大于0？

此处与虚拟地址空间，父子进程写时拷贝有关，暂时不做讲解。

2. fork有两个返回值怎么解释呢？？？

fork是一个函数，只不过是OS(操作系统)提供的。

函数内部父子进程已经存在。可以被调度了。

由于在复制时复制了父进程的堆栈段，所以两个进程都停留在fork函数中，等待返回。因此fork函数会返回两次，一次是在父进程中返回，另一次是在子进程中返回，这两次的返回值是不一样的。

3.3、一次创建多个进程

创建多个进程实际就是多次使用fork函数即可，此处继续用C语言代码进行实现。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
void RunChild()
{while (1){printf("I am a child process,pid: %d,ppid: %d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}
}
int main()
{const int num = 5;for (int i = 0; i < num; i++){pid_t id = fork();if (id == 0){RunChild();//运行子进程代码}sleep(1);}while (1){sleep(1);printf("I am parent,pid: %d,ppid: %d\n", getpid(), getppid());}return 0;
}

补充：

为了更好看到执行程序与进程信息，可以使用shell脚本，隔一秒查一次进程，且不查看grep进程信息。

while : ; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess | grep -v grep; sleep 1; done

3.4、task_ struct内容分类

★ 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
★ 状态: 任务状态，退出代码，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的指针
★ 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
★ I／ O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／ O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，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
★ 其他信息

3.5、查看进程内容

ls /proc/pid -d # 按照目录查看

ls /proc/pid -l # 查看进程内容

使用一个简单的C语言代码测试：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{while (1){printf("I am process,pid: %d,ppid: %d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}return 0;
}

注意：只有运行可执行程序才能查到该进程目录。

该进程目录有很多内容，此处只截取了一部分内容，暂时我们需要知道的是两个链接文件，cwd(表示进程当前工作路径)---current work dir，exe(可执行程序路径)。

1. 如果我们在此处把可执行程序给删除，进程还会不会运行呢？？？

根据我们的现象是，进程还会运行，而且可执行程序也确实被删除了。进程还能继续运行的原因是，删除的是硬盘上的可执行程序，而原则上内存中还有该可执行程序(该可执行程序大小小于内存大小)，但是进程超过内存的大小，运行则就可能出问题。

2. 当前工作路径有什么用呢？

我们在C语言中学习的文件操作，fopen("log.txt","w");默认是在当前目录创建文件，但是我们不一定每次都在当前目录创建文件，那怎么才能在其他目录下创建文件呢？这就是当前工作目录的意义。

修改当前工作路径需要用到一个函数，输入命令：man chdir

测试代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main()
{chdir("/home/jkl");//更改工作目录为/home/jklFILE* pf = fopen("log.txt", "w");//创建文件(void)pf;//忽略警告 fclose(pf);while (1){printf("I am a process,pid: %d\n", getpid());sleep(1);}return 0;
}