linux 之进程基础 (一)、 进程的基本概念
1.进程中的基本概念
1.1 什么是进程？
可以认为进程是一个程序的一次执行过程,或者说一个正在执行的程序。在这个过程中，伴随着资源的分配和释放。进程是资源管理的最小单元。
1.2 进程与程序的区别与联系？
程序是存放在硬盘中的二进制文件(可执行指令的序列)，是静态的。而进程是已经加载到主存中，正在执行的程序。它是程序执行的过程，包括创建、调度和消亡。在这个过程中，伴随着资源的分配和释放，是动态的。
1.3 进程在系统中的体现？
1.3.1 可执行文件(elf) 文件的格式
elf文件中包括很多个字段，当程序执行时需要根据字段信息将程序加载到主存中。其中最重要的两个字段为：
- 代码段（text）(即可执行的指令)
- 数据段（data）(运算的中间数据)
1.3.2 进程的内存分布
- 代码区
程序(函数)代码所在,由编译而得到的二进制代码被载入至此.代码区是只读的!有执行权限.值得注意的是,字符串字面值(如"Hello World")就存储在这个区. - 数据段和BSS段
合称静态区(全局区),用来存储静态(全局)变量.区别是 前者(数据段)存储的是已初始化的静态(全局)变量,可读写.后者(BSS段)存储的是未初始化的静态(全局)变量,可读写. - 堆
自由存储区.不像全局变量和局部变量的生命周期被严格定义,堆区的内存分配和释放是由程序员所控制的. - 栈
由系统自动分配和释放.存储局部(自动)变量.
1.3.3 进程在系统中的体现
如上述，一个程序，实际上的格式为一个elf 文件，当执行该程序时，首先按照elf文件的各个段，将该程序从硬盘按照上述图表所示加载到主存中，程序存在于一个进程的用户空间，而在内核空间中，维护了一个很大的结构，用于标识该进程的执行的状态。这个结构的名字叫：
struct task_struct
{
...//(非常大)
}
我们介绍这个结构的一些比较重要的字段：
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state: 表示进程的状态信息
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rt_priority: 表示进程的运行优先级
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struct mm_struct * mm:该结构体记录了进程内存使用的相关情况，虚拟地址的概念可以提一下
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pid_t pid 进程号,是进程的唯一标识
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pid_t tgid 线程组id号
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struct fs_struct * fs 它包含此进程当前工作目录和根目录
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struct files_struct * files :打开的文件相关信息结构体。f_mode字段描述该文件是以什么模式创建的:只读、读写、还是只写。f_pos保存文件中下一个读或写将发生的位置
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处理器相关上下文: 一个进程可以被认为是系统当前状态的总和。每当一个进程运行时，它要使用处理器的（PC，各种寄存器，堆栈指针，堆指针等），这是进程的上下文(context)。并且，每当一个进程被暂停时，所有的CPU相关上下文必须保存在该进程的task_struct中。当进程被调度器重新启动时其上下文将从这里恢复。
1.4 进程的类型有哪些？
- 交互进程
是由一个Shell启动的进程。这类进程经常与用户进行交互，所以一般优先级较高。交互进程:既可以在前台运行，也可以在后台运行。 - 批处理进程
该类进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序执行（是一个进程序列，该进程负责按照顺序启动其它进程）这类进程不必与用户交互因此通常在后台运行。 - 系统守护进程
该类进程在后台运行。它一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才结束。
1.5 进程的状态有哪几个？
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可运行态状态（R TASK-RUNNING）
此时进程正在运行，或者正在运行队列中等待调度。 -
可中断睡眠态（S TASK_INTERRUPTIBLE）
此时进程正处于阻塞（睡眠）状态，正在等待某些事件发生或者能够炸弄某些资源。例如设备初始化完成、I/O 操作完成或定时器到时等。处在这种状态下的进程可以被信号中断。进程会在等待的事件发生或者是接收到信号被唤醒，进程转变为（TASK_RUNINNG状态）。 -
不可中断睡眠态（D TASK_UNINTERRUPTIBLE）
与TASK_INTERRUPTIBLE状态类似，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。信号传递给这种状态下的进程不能改变它的状态。只有在它等待的事件发生时，进程才被显示的唤醒。 -
暂停态（T TASK_STOPPED）
进程的执行被暂停，当进程收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU等信号，就会进入暂停态。向进程发送一个SIGCONT信号，可以让其从TASK_STOPPED状态恢复到TASK_RUNNING状态。 -
僵尸态 （Z EXIT_ZOMBIE）
子进程运行结束，但是父进程尚未回收子进程的退出状态。处于这种状态下的进程已经放弃所有了几乎所有的资源，除了task_struct结构（以及少数资源）以外。于是进程就只剩下task_struct这么个空壳，这个task_struct的空壳就形象地被称为僵尸。 -
消亡态（X EXIT_DEAD）
父进程回收了子进程了退出状态后，进入的最终状态。这意味着接下来该进程将被彻底释放。所以EXIT_DEAD状态是非常短暂的，几乎不可能通过ps命令捕捉到。
注意：运行top命令 可以查看进程的运行状态， S列代表运行状态。
1.5.2 状态转换图
1.6 进程的运行模式
1.6.1 进程的运行状态
进程的执行模式分为用户模式和内核模式，也称为用户态和内核态。处于用户模式的进程通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问内核空间的虚拟地址。
注意：
内核空间的是有内核负责映射的，它不会随着进程的改变，是固定的。内核空间地址有自己对应的页表，用户进程各自有不同的页表。每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干。
1.6.2 状态切换
用户模式的进程只有通过使用系统调用，或者中断的方式，才能切换到内核模式，访问内核空间。
1.6.3 状态切换举栗子
系统调用其实也是通过中断实现的，系统调用的中断号为0x80。每个中断会有中断处理函数，系统调用的中断处理函数为systemcall(),func()函数会将中断号和系统调用号一起传递给内核。内核根据系统调用号执行系统调用处理函数，例如open() 函数最终调用的就是system_open() 系统调用处理函数，然后返回一个文件描述符给用户。
