【Linux】进程 | 控制块pcb | task_struct

【Linux】进程 | 控制块pcb | task_struct | 创建子进程fork

Ⅰ. 进程的概念（Process）

1. 什么是进程？

2. 多进程管理

3. 进程控制块（PCB）

task_struct 的结构

Ⅱ. 进程查看与管理

1. 使用指令查看进程

2. /proc 查看进程信息

3. 获取进程 ID

4. 创建子进程

原因：fork()的机制

总结

文章手稿：

xmind:

内容：理解“进程”的概念及其在操作系统中的管理，并探讨进程控制块 (PCB) 的重要性及其结构。本文还将介绍如何查看和管理进程，以及如何通过系统调用创建进程。

文章手稿可见文末

Ⅰ. 进程的概念（Process）

1. 什么是进程？

进程是一个运行中的程序。当可执行文件被加载到内存中时，该程序就成为了一个进程。

2. 多进程管理

操作系统中可能同时存在大量的进程吗？of course

操作系统需要管理这些进程，以确保系统资源（如CPU时间、内存等）合理分配。管理进程的本质是对进程数据的管理。

我们需要 先描述再组织。（上一章我们讲过）

所以，当一个程序加载到内存时，操作系统做的不仅仅只是把代码和数据加入到内存，

还要管理进程，创建对应的数据结构。

Linux 操作系统的内核是 C 语言写的，描述时就用到struct啦

3. 进程控制块（PCB）

在操作系统中，用于描述进程的结构体称为进程控制块（PCB）。在Linux中，这种结构体称为 task_struct。

`task_struct` 的结构

struct task_struct {volatile long state;void *stack;atomic_t usage;unsigned int flags;     unsigned int ptrace;unsigned long ptrace_message;siginfo_t *last_siginfo; int lock_depth;         // ... 其他属性
};

task_struct 包含进程的所有属性数据，如进程状态、优先级、程序计数器、内存指针、上下文数据、I/O状态信息和记账信息等。

操作系统对进程的管理，最终变成了对链表的增删查改。

什么是进程？目前为止我们可以总结成：进程 = 可执行程序 + 该进程对应的内核数据结构

操作系统不相信任何人的，不会直接暴露自己的任何数据结构，代码逻辑，其他数据相关的细节。

想做系统是通过 系统调用 的方式，对外提供接口服务的。

下面我们将来学习一些系统接口

Ⅱ. 进程查看与管理

1. 使用指令查看进程

运行

通过下面这些命令，可以方便地查看和管理系统中的进程。

指令	含义
`ps a`	显示现行终端机下的所有程序，包括其他用户的程序
`ps -A`	显示所有程序
`ps c`	列出程序时，显示每个程序真正的指令名称
`ps -e`	显示所有程序
`ps e`	列出程序时，显示每个程序所使用的环境变量
`ps f`	用ASCII字符显示树状结构，表达程序间的相互关系
`ps -H`	显示树状结构，表示程序间的相互关系
`ps -N`	显示所有的程序，除了执行ps指令终端机下的程序之外
`ps s`	采用程序信号的格式显示程序状况
`ps S`	列出程序时，包括已中断的子程序资料
`ps -t <终端机编号>`	指定终端机编号，并列出该终端机的程序状况
`ps u`	以用户为主的格式来显示程序状况
`ps x`	显示所有程序，不以终端机来区分
`ps -l`	显示详细PID信息

通过指令如 ps 和 top 可以查看系统中的进程信息。例如，使用 ps aux 可以显示系统中所有的进程：

$ ps aux

若需查看特定进程，可以使用 grep 过滤：

$ ps aux | grep 'mytest' | grep -v grep

相当于Windows 下的任务管理器：

2. /proc 查看进程信息

/proc 是一个虚拟文件系统，包含当前系统的实时进程信息。

$ ls /proc

左边蓝色的就是pid

3. 获取进程 ID

每一个进程在系统中，都会存在一个惟一的标识符--pid

我们可以尝试在proc 目录下找到这个 pid ，发现这个18705 目录

ctrl+c 可以发现进程具有实时性

接下来我们重启来继续研究一下文件的创建和存储

对代码进行一些改写

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(void) {FILE* fp = fopen("log.txt", "w");  // 若不存在就创建之while (1) {printf("I am m a process!\n");sleep(1);}
}

C语言专栏中讲到过，fopen 后面如果不带路径，那么会默认在当前路径。

所谓的当前路径，其本质 —— 当前进程所在的路径

进程会自己维护，进程会知道自己的工作路径在哪里：

exe：指出进程对应的可执行程序的磁盘文件
cwd：指出进程当前的工作路径

可以通过 getpid() 和 getppid() 系统调用获取当前进程和父进程的 ID。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main(void) {printf("PID: %d, PPID: %d\n", getpid(), getppid());return 0;
}

运行可以看到：

除了ctrl+c ,我们还可以这么终止进程

$ kill -9 [pid]   # 给这个进程发送9号信号

上面看到的ppid 我们也可以来测试一下

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

4. 创建子进程

通过 fork() 系统调用可以创建子进程。fork() 有两个返回值：父进程返回子进程的 PID，子进程返回 0。

为什么可以返回两个值呢？

我们可以来测试一下

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main(void) {pid_t id = fork();if (id == 0) {// 子进程while (1) {printf("我是子进程，我的pid: %d，我的父进程是 %d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}} else {// 父进程while (1) {printf("我是父进程，我的pid: %d，我的父进程是 %d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}}
}