任督二脉之进程管理（1）

进程生命周期，进程生命周期创建、退出、停止，以及僵尸进程是什么意思。

一、进程的定义

进程--线程。进程是资源分配单位；搞清楚进程就是搞清楚进程资源情况。进程控制块PCB是OS的通用叫法。task_struct结构体描述进程的资源情况。如下图所属：

1）*mm描述内存资源

2）*fs：文件系统资源

3）文件资源：注意与fs的区别，打开文件的fd数组fd_array记录打开文件的fd

4）*signal：该进程的信号处理函数（用户理解为多态）

5）pid：数量有限

节选自《linux操作系统原理与应用》：

   传统上，这样的数据结构(task_struct)叫做进程控制块PCB。linux中PCB是一个相当庞大的结构体，其域多达80多项，它的所有域按其功能可分为以下几类：

• 状态信息 描述进程的动态变化
• 链接信息 描述进程的父子关系
• 各种标识符 用简单数字对进程进行标识
• 进程间通信信息 描述多个进程在同一任务 上的协作工作
• 时间和定时器信息 描述进程在生命周期内使用CPU时间的统计、计费等信息
• 调度信息 描述进程优先级、调度策略等信息
• 文件系统信息 对进程使用文件情况进行记录
• 虚拟内存信息 描述每个进程拥有的地址空间
• 处理器环境信息 描述进程的执行环境（处理器的寄存器及堆栈等）

二、pid

1）pid数量有限，所以不能无限创建进程：32位-32768  64位-131072

2）fork炸弹的原理

改写一下代码

:() #函数定义
{
    :|:&  #调用自己，然后|管道，管道里面也递归调用：创建进程，然后&后台执行
}
;  #函数结束
:  #调用自己

|是管道，&是后台执行。

一直在创建进程，把pid耗尽，kill、killall等命令也要创建一个进程执行，但是pid已经耗尽，无法执行，用户感觉系统死掉。

 三、task_struct管理

1）形成链表：最方便，但是进程之间的关系是树型关系，父子进程关系，pstree命令可以查看，所以也可以用树。

zsh@zsh-vm:~$ pstree
systemd─┬─ModemManager─┬─{gdbus}
        │              └─{gmain}
        ├─NetworkManager─┬─dhclient
        │                ├─dnsmasq
        │                ├─{gdbus}
        │                └─{gmain}
        ├─VGAuthService
        ├─accounts-daemon─┬─{gdbus}
        │                 └─{gmain}
        ├─acpid

 

2）形成树：这样可以反应进程之间的关系，找父子关系比较简单，但是有时候需要检索一个进程的pid，比如 kill -2 8934，这种情况下树检索比较慢了。使用哈希可以快速查找

3）形成哈希

总结：快速遍历使用链表，想查找父子进程用树，想通过pid快速查找进程用哈希。所以linux里面这三种数据结构都有，使得各种场景快速达到目的，以空间换时间。

 

四、进程生命周期

1）就绪态：fork出来就是就绪态，linux里面就绪和运行的状态标志是一样的

2）运行态：linux里面就绪和运行的状态标志是一样的，时间片用完或者被抢占进入就绪态

3）睡眠态：等资源就进入睡眠态，等到资源就进入就绪态

4）僵尸态：进程死掉先成为僵尸，用于描述task_struct及成员还没有消失，但是进程占用的资源已经消失；需要父进程wait4（waitpid等）等待僵尸才消失（父进程清理子进程）。所以僵尸状态是很短的。

僵尸态的原因是父进程可以获取子进程的退出码exit_code，即退出原因。

例子：杀死子进程，观察父进程能监控到子进程死亡原因。

#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid, wait_pid;
    int status;
    
    pid = fork();
    
    if(pid == -1)
    {
        perror("Cannot create new process");
        exit(1);
    } else if (pid == 0)
    {
        printf("child process id: %ld\n", (long)getpid());
        pause();
        _exit(0);
    } else 
    {
        #if 0 /* define 1 to make child always a zombie */
        printf("ppid: %d\n", getpid());
        while(1);
        #endif
        do
        {
            wait_pid = waitpid(pid, &status, WUNTRACED | WCONTINUED);
            
            if(wait_pid == -1)
            {
                perror("cannot using waitpid function");
                exit(1);
            }
            
            if(WIFEXITED(status))
            {
                printf("child process exits, status = %d\n", WEXITSTATUS(status));
            }
            
            if(WIFSIGNALED(status))
            {
                printf("child process is killed by signal %d\n", WTERMSIG(status));
            }
            
            if(WIFSTOPPED(status))
            {
                printf("child process is stopped by signal %d\n", WSTOPSIG(status));
            }
            
            if(WIFCONTINUED(status))
            {
                printf("child process resume running...\n");
            }
            
        }while(!WIFEXITED(status) && !WIFSIGNALED(status));
        
        exit(0);
    }
}

kill -9 pid是杀不死僵尸进程的，因为僵尸进程已经死掉了。父进程一直不清理僵尸进程，可以通过杀死僵尸进程的父进程来清理。

僵尸进程的资源已经释放，所以不会造成内存泄漏。

工程中观察进程是否内存泄漏：多点连续采样法。震荡收敛没有泄漏，震荡发散（上升）是内存泄漏。

僵尸太多也不好，占用pid。

5）停止态：人为停止进程，发送停止信号：1）ctrl+z，作业控制（JC），发送contine信号继续运行（fg\bg）,kill发送信号等；2）GDB调试;

cpulimit工具控制进程的cpu利用率：cpulimit -l 20 -p pid , 20为允许的cpu利用率，实际结果不会那么精

确。

 

五、 fork

1）先看一个例子，fork叉子

结果为打印6个（1*2+2*2）：

 

2）fork返回值：子进程返回0，父进程返回子进程的pid。

运行结果：

 父子进程哪个先跑默认不确定，但是有内核可调试开关/proc，倾向于让子进程先跑。

3）子死父清场：linux里面总是白发人送黑发人

4）深度睡眠：必须等到资源才能醒，不响应信号，所以kill -9也杀不死。why?major page fault，代码段命运命中，还在硬盘，进程就进入深度睡眠，如果响应信号，那么信号处理函数有可能也在硬盘，没有载入内存，再次发生page fault，嵌套。中断响应吗？中断是正在执行被中断，已经睡眠了，怎么中断。

时钟中断也不可以唤醒。

浅度睡眠：资源来了醒，信号来了也可以醒。时钟中断可以唤醒。

 睡眠是内核调用进入，驱动也可以。用户态不可以直接调用睡眠。

答疑：getppid()获取父进程的pid。

书籍：operating system three piecies 全英文

课后作业代码地址：