进程与线程

程序是存在磁盘上的可执行文件；

进程是程序的执行实例，是资源(CPU时间、内存等)分配和拥有的实体。

进程ID：进程的唯一数字标识符，用pid_t定义，用getpid()得到，需要头文件unistd.h。PID最大32767。

进程描述符process descriptor：都是task_struct类型结构，它的字段包含了与一个进程相关的所有信息(属性、指针)。

 

用于进程控制的主要函数：fork、exec、waitpid。

创建进程时，接受父进程地址空间等一个(逻辑)拷贝，并从进程创建系统调用的下一条指令开始执行与父进程相同的代码。

 waitpid()会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。需要头文件sys/types和sys/wait.h

线程：是CPU调度的最小单位。通常一个进程只有一个控制线程thread。在一个进程内的所有线程共享同一地址空间、文件描述符、栈以及与进程相关的属性。

一个进程有几个用户线程组成，每个线程都代表进程的一个执行流。(pthread库的标准库函数集编写)

 

进程状态

进程描述符中state字段描述了进程当前所处的状态。用标志表示进程状态，它们是互斥的。

可运行状态 TASK_RUNNING（进程中CPU上执行或准备执行）

可中断的等待状态 TASK_INTERRUPTIBLE（进程被挂起即睡眠，直到某个条件变为真。硬件中断，释放进程正等待的系统资源；或传递一个信号可唤醒进程，进程状态则放回到TASK_RUNNING。）

不可中断的等待状态 TASK_UNINTERRUPTIBLE（信号传递到睡眠进程不能改变它的状态）

暂停状态 TASK_STOPPED（进程的执行被暂停。当进程接收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU信号后，进入暂停状态。）

跟踪状态 TASK_TRACED（进程的执行已由debugger程序暂停）

僵死状态 EXIT_ZOMBIE（进程的执行被终止，但父进程没有发布wait4()或waitpid()系统调用来返回有关死亡进程的信息）

僵死撤销状态 EXIT_DEAD（最终状态：由于父进程刚发出wait4()或waitpid()系统调用，因而由系统删除。）

 

进程最常用的是进程描述符的地址，而不是thread_info结构的地址。为了获得当前在CPU上运行进程的描述符指针，内核要调用current宏，本质上等价于current_thread_info()->task；current->pid返回在CPU上正在执行的进程的PID。

 

进程链表：是双向链表，把所有进程的描述符链接起来。每个task_struct结构都包含一个list_head类型的tasks字段，这个类型的prev和next字段分别指向前面和后面的task_struct元素。

进程链表的头是init_task描述符，它是0进程或swapper进程的进程描述符。init_task的tasks.prev字段指向链表中最后插入的进程描述符的tasks字段。

SET_LINKS和REMOVE_LINKS宏分别用于从进程链表中插入和删除一个进程描述符。for_each_process功能是扫描整个进程链表。

 

进程间的关系

程序创建的进程具有父子关系。进程0和进程1是由内核创建，进程1(init)是所有进程的祖先。

0号进程->1号内核进程->1号用户进程（init进程）->getty进程->shell进程

init()函数在内核态运行，是内核代码;

init进程是内核启动并运行的第一个用户进程，运行在用户态下。 

 

进程切换

为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行。这种行为叫进程切换process switc、任务切换或上下文切换。

进程恢复执行前必须装入寄存器的一组数据称为硬件上下文。硬件上下文一部分存在TSS段(任务状态段Task State Segment)。

进程切换只发生在内核态，之前，用户态进程使用的所有寄存器内容都已保存在内核态堆栈上。

进程切换用schedule()函数，分两步：切换页全局目录以安装一个新的地址空间；切换内核态堆栈和硬件上下文。

prev和next是schedule()函数的局部变量，prev指向被替换进程的描述符，next指向被激活进程的描述符。

 

创建进程

用户输入一条命令，shell进程就创建了一个新进程，新进程执行shell的另一个拷贝。

子进程复制父进程的所有资源。实际上子进程几乎不必读或修改父进程拥有的所有资源，在很多情况下，子进程立即调用execve()。

 

所有的进程切换都由宏switch_to来完成。

 

Linux把进程分为交互式进程（shell、文本编辑程序及图形应用程序）、批处理进程（常在后台运行）、实时进程（视频、音频、传感器程序等）。