【Linux系统编程】第十七弹---进程理解

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目录

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;
}

每个进程在启动的时候,会记录自己在哪个路径下启动,进程的当前路径。

fopen("log.txt","w");   即会在进程的当前路径下新建文件

总结


本篇博客就结束啦,谢谢大家的观看,如果公主少年们有好的建议可以留言喔,谢谢大家啦!

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