【linux进程】深度理解进程--什么是进程什么是pcb进程创建

前言

进程这章节的内容是我们学习linux遇到的第一座大山，它的重难点程度不亚于C++中的继承多态。由于它的内容很多，所以也会分多篇文章进行介绍。在学习进程之前，建议同学们先阅读文章对冯诺依曼体系结构和操作系统的理解。

一，对PCB的理解

先简单认识一下进程的概念：

(1) 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
(2) 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

同学们肯定是理解不了这种概念的。
我们打开windows的任务管理器：

这些就是当前我电脑上存在的进程。

结论：操作系统中，进程可以同时存在非常多!

既然有这么多进程同时存在，那操作系统怎么管理这些进程呢？
虽然现在我们不知道什么是进程,但是我们可以通过先描述,再组织这一结论得出,操作系统管理进程肯定也是管理进程对应的数据,请看下图:

难道这些在内存里的代码和数据就是进程吗？
如果是进程，那问题又来了，这个进程被调度多久时间了，代码/数据是从哪开始到哪结束的，有多个进程时，凭什么优先调度我？这些问题都不能在上图中表示出来。

结论：对于操作系统来讲，这个被加载到内存的可执行程序根本就不是进程!它只是进程对应的代码和数据!

OS为了管理已经被加载进来的进程，都要为每个进程创建一个struct结构体(用来描述)，使用链表或其他数据结构将它们链接在一起(用来组织)。

在OS学科中，每个进程都会有一个struct PCB，这个PCB中包含了每个进程的所有属性，也叫进程控制块。

struct PCB
{// id// 代码/函数地址// 状态(是否被CPU处理)// 优先级// 内存指针(指向自己的代码和数据)struct PCB* next
}

所以上图可修改为：

结论：
(1) PCB是在操作系统内部管理进程的内核数据结构。
(2) 进程 = PCB + 自己的代码和数据!
(3) 对进程的管理，就变成了对链表的增删查改!

讲到这里可能同学们还是有点迷糊，现在把它们和我们生活中的事物类比理解：

我们把学校类比成内存，OS类比成学校的教务管理系统，把一个学生类比为加载到内存的代码和数据，而学生在教务系统中的属性信息类比为进程中的PCB在OS的内部。
怎么证明你是这个学校的学生呢？因为你的信息在这个学校教务系统中。
所以OS对进程的管理，本质是对PCB的管理，而并非把可执行程序加载进来对可执行程序进行直接管理!

对PCB的再理解：
PCB是操作系统中的概念(linux中有PCB,windws中也有PCB…)，而我们学习的linux操作系统是一款具体的操作系统，在linux系统中具体实现的PCB，叫做 task_struct。

struct task_struct
{// linux进程控制块
}

二，CPU对进程列表的处理

进程被链接在链表中会等待CPU去PCB找数据做处理，那么CPU怎么知道要处理哪些数据呢?这不得不提到进程排队的概念:

把对应的PCB从链表中提取到队列中队，PCB中的数据不会一次性被CPU处理完，它有时被处理，有时在等待被处理，这是一种动态运行的特征，请看下图:

理解进程动态运行：

只要我们的进程task_struct将来在不同的队列中，进程就可以访问不同的资源。

结论：
(1) 调度运行进程，本质就是让进程控制块task_struct进行排队!
(2) 再给进程下一个定义：进程 = 内核task_struct + 程序的代码和数据!

三，进程标识符:pid

我们先构建一个代码样例：

让它运行起来：

1.得到第一个结论：

./xxx 本质就是系统创建进程并运行

可以得到启示：

我自己写的代码相乘的可执行文件 == 系统命令。在linux系统中大部分执行的操作，本质就是运行进程。

2.每个进程都有自己的唯一标识符，叫做进程pid。

1. 查看系统进程1: ps axj

先来查看当前系统中的进程信息：

使用指令：ps axj

这样查看的是所有的进程，很难帮助我们学习，现在我们根据上面的样例代码，所有进程中搜索我刚刚写的可执行程序:

使用指令：ps axj | grep myprocess

将进程信息的第一行打印出来:

使用指令: ps ajx | head -1

把上面进程中每行多列的含义进行对应起来：

使用指令：ps ajx | head -1 && ps axj | grep process

3.在Linux下使用指令终止进程
在我们的程序运行时,可以在运行的地方按CTRL+c来结束进程，但是还有一种方法可以结束进程:

使用指令: kill -9 要杀掉的进程id
(注:这里的-9是信号参数，直接使用即可)

2. 查看系统进程2: /proc

在Linux系统的根目录下，有一个动态文件proc，它里面存放着所有进程的信息，之所以叫动态文件是因为它会随着进程的改变而随时更新它的内容!

查看所有进程文件:

使用指令: ls /proc/

查看特点的进程文件:

使用指令: ls /proc/pid

我们每启动一个进程都会在proc文件目录下创建一个以该进程的pid为名称的文件夹。

可以发现，在自行创建的进程中有很多我们看不懂的文件，这些文件也不需要掌握，但是有两个文件需要大家注意，一个是cwd一个是exe：

1. exe指向可执行程序的位置:
进程的pcb中会记录自己对应的可执行文件的路径。
2. cwd代表当前文件:
进程的当前工作路径。

四，系统调用函数:getpid

每次查看进程使用都要使用ps指令，我感觉非常的麻烦，于是这里有一个系统调用函数可以直接返回当前进程的pid，由于操作系统是由C语言编写的，所以可以直接在程序中调用此函数:

使用函数: getpid()

使用man手册查看getpid相关信息:

使用方式：

五，父进程和子进程的概念

在使用ps指令查看进程详情时，除了pid我们可以看见左边还有一个ppid，这是parent pid的意思，也就是父进程的pid，请看下图:

再来学习一个可以查看父进程id的系统调用函数:

使用函数: getppid()

使用方式：

可以发现，每次运行时，子进程的id都在变化，然而父进程的id一直没变!这是因为在命令行中，父进程一般是命令行解释器: bash

六，创建子进程–fork函数的使用

Linux中创建进程的方式有两种：

1. 命令行中直接启动可执行程序
2. 通过代码创建进程

启动进程的本质就是创建进程，一般是通过父进程创建子进程，构成一种父子关系而命令行中启动的进程都是由bash为父进程模拟创建子进程的!

使用man指令查看fork函数信息:

1. 创建一个子进程并观察

写一个代码样例创建子进程观察情况：

2. fork返回值的理解

请大家自行使用man手册查看forh函数的返回值，这里把它翻译成中文：

理解下面的代码：

首先，fork之后,父子进程都会执行代码的本质是它们都被内存调度了，而当一个函数执行到return时，它的核心工作才算执行完成，于是我们可以想象一下fork函数内部的一些代码信息:

3. 进程的独立性