[Linux]初识进程

进程

什么是进程

一个运行起来的程序就是进程。程序的本质是一个文件，它存储在磁盘中，而进程是已经被加载到了内存的程序。
进程 = 内核数据结构 + 进程对应的代码。

如何管理进程

当有多个程序被加载到内存，被CPU执行的时候。操作系统为了管理（管理的本质逻辑逻辑都是：先描述，再组织。描述：是指将某些东西的共同属性拿出来形成一个结构体或和类，组织：将对象通过某种数据结构联系起来）这些进程，要为每一个进程创建对应的pcb（是一个struct task_struct{};结构体，包含了该进程的所有属性和对应代码的地址），描述完成之后，再把所有创建完的结构体对象组织起来。所以对进程的管理就变成了对数据结构的增删查改。

查看进程的方式

1. ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mytest

   

2. ls /proc/

   

常见的进程调用

• getpid()：查看进程的pid。

• getppid()：查看进程的ppid，也就是该进程父进程的pid。

  

  每一次重新运行程序的时候，它的pid都会改变，而ppid却一直不变。这是因为命令行上启动的进程，一般它的父进程没有特殊情况的话都是bash，而bash是我们登录时系统就为我们分配，直到我们退出之前都不会改变。

  

• fork()：创建子进程

  程序执行在fork()函数之前只有一个执行流，在fork()函数之后会产生两个执行流，所以它才会有两个返回值，将子进程的pid返回给父进程，将0返回给子进程。

进程状态

在一个进程的生命周期中，并不是一直处于运行的状态，它受到多种因素的影响体现出不同的状态。

操作系统层面

1. 运行态：当一个进程正在CPU上运行或者在CPU的运行队列中。
2. 阻塞态：进程在执行过程中，由于等待某一事件（如 I/O 操作完成、等待某个信号量、等待另一个进程的消息等）的发生而暂时无法继续执行的状态。在这个状态下，进程会让出 CPU，暂停自身的执行，直到等待的事件满足后才有可能被重新调度执行。操作系统会为每个处于阻塞态的进程维护一个等待队列，将阻塞进程加入到对应设备的阻塞队列中。
3. 挂起态：由于内存空间不够，操作系统会将某些进程的代码和数据暂时保存到磁盘上，以节省内存空间。

Linux层面

• R 运行状态（running）：进程正在使用CPU执行指令。但也有可能处在运行队列里等待被调度运行，这种也属于运行态。

• S 睡眠状态（sleeping）：也称为可中断睡眠，意味着进程等待事件完成。

  #include <stdio.h>    
      
  int main()    
  {    
      int flag = 0;    
      int a = 0;    
      while(1)    
      {    
          a = 1 + 1;    
          printf("a的值是：%d，flag：%d\n", a, flag);                                
          flag++;    
      }    
      return 0;    
  }
  

  

  从上述代码的执行结果可以发现，为什么程序任然在执行，但却显示的是睡眠状态？

  那是因为当程序进行printf操作的时候，由于printf会访问显示器，而显示器又属于外设，进程访问外设的时间相对于CPU来说是很慢的，因此当查看进程状态的时候，进程几乎都会处于睡眠状态。

• T 停止状态（stopped）：可以发送SIGSTOP来使进程暂停运行，发送SIGCONT信号可以使进程重新恢复运行。

  停止：

  

  继续运行：

  

• D 磁盘休眠状态（Disk sleep）：又称为不可中断睡眠。在该状态的进程，无法被操作系统杀掉，只能通过断电或者进程自己醒来来解决。

• X 死亡状态（dead）：在进程列表中通常不可见。进程已经完全结束，资源已经完全释放，仅仅作为一个概念存在。

• t 跟踪状态（Trace）：当进程正在被跟踪（例如程序在调试时）所处的状态。

• Z 僵尸状态（Zombie）：进程退出的时候不能立即释放所拥有的资源，而是要保存一段时间，让父进程或操作系统来读取。若父进程或操作系统没有回收子进程的资源，此时子进程就会变为僵尸状态。由于僵尸状态的进程还会保留一定的资源，因此若有过多的僵尸进程存在则可能会导致资源耗尽等问题。

• 以下是一个僵尸进程的例子：

  #include <stdio.h>    
  #include <unistd.h>    
  #include <stdlib.h>    
      
  int main()    
  {    
      pid_t id = fork();    
      
      if (id == 0)    
      {    
          printf("子进程pid：%d, ppid：%d\n", getpid(), getppid());    
          sleep(5);    
          exit(1);    
      }    
      else    
      {    
          printf("父进程pid：%d, ppid：%d\n", getpid(), getppid());    
          sleep(60);
      }
      return 0;    
  }  
  

  运行截图

  

进程状态后面的”+“表示这个进程是否是前台进程。带加号的是前台进程，此时输入的命令不会被立即执行。并且ctrl + c可以终止它。而不带加号的是后台进程，可以正常的输入命令来进行交互。但是无法通过ctrl + c来终止它。

孤儿进程

孤儿进程是指它的父进程已经结束运行，而自己仍然在运行的进程。

当父进程结束运行时，它的所有子进程会被操作系统的init进程接管，init进程的进程id通常为1，它会负责完成这些孤儿进程的后续资源回收等清理工作。而且一般孤儿进程都是后台进程，需要kill指令结束进程。

进程优先级

由于系统中的资源是有限的，因此有了进程优先级这个概念。进程优先级是决定一个进程获得某种资源的先后顺序。

• PRI：是priority的缩写，一个进程的PRI值代表了它可被执行的优先级程度。数值越小，优先级越高。（默认值是80）
• NI：是nice的缩写，NI的范围是[-20,19]。一个进程的最终优先级的计算方式为：PRI = PRI(默认) + NI。

通过TOP命令可以改变NI的值，进而影响最终PRI。TOP命令使用方法是：top -> 输入r -> 输入进程pid -> 输入NI值

进程切换

由于CPU资源有限，一个进程在CPU上运行的时候并不是一直占有直到进程结束，而是在不断的进行进程的切换，从而实现多任务处理。

当一个进程执行完一个时间片之后，就会进行进程的切换，如此循环往复，就形成了进程间的轮转调度。

那么当一个进程的时间片执行完成之后，当它下次又要被执行的时候，CPU是如何知道从什么地方开始执行呢？
那是因为在CPU的内部有一套寄存器，这套寄存器被所有进程共享，这些寄存器保存了当前进程执行的一些数据，当进程被切换的时候，这些数据会被保存到进程的内核栈中，然后再将另一个进程内核栈中对应的寄存器数据恢复到CPU上，这样就可以让CPU继续从上次被切换的位置继续向下执行。