進(jìn)程的概念

簡(jiǎn)而言之，進(jìn)程就是正在在執(zhí)行的程序

之前說過，程序執(zhí)行的第一步Windows是雙擊程序Linux是 ./ ，系統(tǒng)接收到該命令時(shí)就會(huì)將磁盤中的程序代碼載入到內(nèi)存中，并為程序分配空間。

當(dāng)程序被加載到內(nèi)存后建立了自己的PCB，那他就是進(jìn)程了。

PCB是什么

PCB的概念：含有該進(jìn)程各種 信息 及 屬性 的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如進(jìn)程 ID ，用戶 ID ，組 ID ，進(jìn)程狀態(tài) ，優(yōu)先級(jí) ，I /O狀態(tài)信息及程序數(shù)據(jù)等。

PCB是一般課本上的稱呼（process control block）， Linux操作系統(tǒng)下被稱為PCB的實(shí)體是: task_struct

task_struct的作用

task_struct 是 Linux內(nèi)核的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會(huì)被裝載到 RAM(內(nèi)存) 里并且包含著進(jìn)程的信息

其包含內(nèi)容大致有：

1. 標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。
2. 狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號(hào)等。
3. 優(yōu)先級(jí): 相對(duì)于其他進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。
4. 程序計(jì)數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。
5. 內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
6. 上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時(shí)處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)，可以理解為存儲(chǔ)的是程序已經(jīng)做了什么，下一步該做那些
8. I／ O狀態(tài)信息: 包括顯示的I/O請(qǐng)求,分配給進(jìn)程的I／ O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。
9. 記賬信息: 可能包括處理器時(shí)間總和，使用的時(shí)鐘數(shù)總和，時(shí)間限制，記賬號(hào)等。其他信息等

如何執(zhí)行進(jìn)程

首先咱要明白，Linux 下你所有的 命令 與你能 執(zhí)行的操作 都與權(quán)限有關(guān)。

觸發(fā)任何一個(gè)事件，系統(tǒng)都會(huì)將其定義成一個(gè)進(jìn)程，并給予這個(gè)進(jìn)程一個(gè)專屬 ID ,稱為PID ,同時(shí)根據(jù)觸發(fā)這個(gè)進(jìn)程的用戶與相關(guān)屬性關(guān)系，給予該進(jìn)程PID設(shè)置對(duì)應(yīng)權(quán)限

運(yùn)行程序也一樣也要受到權(quán)限的約束，所以task_struct 要存有必要的屬性信息

正常情況下，task_struct會(huì)在內(nèi)存中像鏈表一樣依次排列，逐個(gè)進(jìn)行
，但我們要知道任何事情都要分個(gè)輕重緩急，操作系統(tǒng)在執(zhí)行進(jìn)程時(shí)更是如此。

所以進(jìn)程對(duì)應(yīng)的task_struct中便有了優(yōu)先級(jí)這一屬性，他用PRI值來表示優(yōu)先級(jí)，PRI值越小則優(yōu)先級(jí)越高，所以下圖中PRI為60的會(huì)比PRI為80的優(yōu)先得到CPU的資源

優(yōu)先級(jí)：是CPU分配資源的先后順序

上圖中PRI值只有兩種是為了大家方便理解，實(shí)際上PRI值是根據(jù)進(jìn)程屬性決定的（NI值也會(huì)影響進(jìn)程優(yōu)先級(jí)后邊會(huì)補(bǔ)充）

優(yōu)先級(jí)的必要性： 系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個(gè)，所以進(jìn)程之間是具有競(jìng)爭(zhēng)屬性的。為了高效完成任務(wù)，更合理競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級(jí)。

進(jìn)程的探查

說了那么多，是時(shí)候見見進(jìn)程了
在Linux下可用 ps 命令查看進(jìn)程
命令：ps
作用: 查看屬于當(dāng)前用戶的進(jìn)程

上圖可以看到輸入 ps 回車后只看到了當(dāng)前 ps 命令的進(jìn)程及 bash 的進(jìn)程，由此可以得出結(jié)論：命令只是某一程序快捷方式，執(zhí)行時(shí)也會(huì)創(chuàng)建進(jìn)程

什么是bash

每個(gè)用戶登錄時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè) bash 進(jìn)程，各用戶之間的 bash 進(jìn)程互相之間沒有影響。

1. bash是一個(gè)命令處理器, 運(yùn)行在文本窗口中, 并能執(zhí)行用戶直接輸入的命令.
2. bash還能從文件中讀取Linux命令, 稱之為腳本.
3. bash支持通配符, 管道, 命令替換, 條件判斷等邏輯控制語句 

總結(jié)： bash可以稱為命令行解釋器，我么在命令行執(zhí)行的進(jìn)程都由他衍生而來。

ps命令的使用（查看進(jìn)程）

首先先了解進(jìn)程信息列表每一項(xiàng)分別表示什么

F ：內(nèi)核分配給進(jìn)程的系統(tǒng)標(biāo)志
UID : 啟動(dòng)該進(jìn)程的用戶
PID : 進(jìn)程ID
PPID : 父進(jìn)程ID(如果該進(jìn)程是其他進(jìn)程啟動(dòng)的)
PRI : 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)（值越小，優(yōu)先級(jí)越大）
NI ：優(yōu)先級(jí)的修正值
VSZ : 進(jìn)程占用虛擬內(nèi)存空間的大小
RSS ：進(jìn)程在未被交換出時(shí)占用的物理內(nèi)存大小
WCHAN ：進(jìn)程休眠的內(nèi)核函數(shù)地址
STST : 代表當(dāng)前進(jìn)程狀態(tài)（R是可運(yùn)行正在等待；O是正在運(yùn)行；S代表休眠；Z代表僵化，已終止但找不到其父進(jìn)程 ；T代表停止）

上面簡(jiǎn)單演示了ps命令，但其只顯示了兩行極短的內(nèi)容這顯然不是咱想要的
下面演示ps的BSD風(fēng)格的指令
指令： ps la
作用：采用長(zhǎng)格式顯示與任意終端關(guān)聯(lián)的所有進(jìn)程

可以看到顯示了好幾個(gè)進(jìn)程，其中有兩個(gè)bash進(jìn)程，因?yàn)檫@臺(tái)現(xiàn)在有兩個(gè)賬號(hào)在登陸這。

其中右邊一欄 COMMAND 是程序名，圖中的./my_exe程序只是目前在另一個(gè)賬號(hào)上運(yùn)行的程序，其PID是19795，PPID表示父進(jìn)程./my_exe程序
PPID為18505，而18505恰好是bash的PID.

所以得出第二個(gè)結(jié)論：在Linux命令行執(zhí)行的命令，產(chǎn)生的進(jìn)程都由bash進(jìn)程衍生而來，也就是說命令行上執(zhí)行產(chǎn)生的進(jìn)程其PPID(父進(jìn)程)都為bash

下圖為ps的命令選項(xiàng)，由于都是查詢類選項(xiàng)我就不一一示范了

選項(xiàng)	描述
T	顯示與當(dāng)前終端關(guān)聯(lián)的所有進(jìn)程
a	顯示與任意終端關(guān)聯(lián)的所有進(jìn)程
g	顯示包括控制進(jìn)程在內(nèi)的所有進(jìn)程
r	僅顯示運(yùn)行中的進(jìn)程
x	顯示所有進(jìn)程，包括未分配任何終端的進(jìn)程
U userlist	顯示屬于userlist列表中某個(gè)用戶ID所有的進(jìn)程
p pidlist	顯示PID在pidlist列表中的進(jìn)程
t ttylist	顯示與ttylist列表中的某個(gè)終端關(guān)聯(lián)的進(jìn)程
o format	除了標(biāo)準(zhǔn)列，還輸出由 format指定的列
x	以寄存器格式顯示數(shù)據(jù)
z	在輸出中包含安全信息
j	顯示作業(yè)信息
l	采用長(zhǎng)格式顯示
o format	僅顯示由format指定的列
s	采用信號(hào)格式顯示
u	采用基于用戶的格式顯示
v	采用虛擬內(nèi)存格式顯示
N namelist	定義要在 wCHAN輸出列中顯示的值
o order	定義信息列的顯示順序
s	將子進(jìn)程的數(shù)值統(tǒng)計(jì)信息（比如CPU和內(nèi)存使用情況）匯總到父進(jìn)程中
c	顯示真實(shí)的命令名稱（用以啟動(dòng)該進(jìn)程的程序名稱)
e	顯示命令使用的環(huán)境變量
f	用層級(jí)格式來顯示進(jìn)程，顯示哪些進(jìn)程啟動(dòng)了哪些進(jìn)程
h	不顯示頭信息
k sort	指定用于排序輸出的列
n	使用數(shù)值顯示用戶ID、組ID以及 wCHAN信息
w	為更寬的終端屏幕生成寬輸出
H	將線程顯示為進(jìn)程
m	在進(jìn)程之后顯示線程
L	列出所有的格式說明符
v	顯示ps命令的版本

創(chuàng)建進(jìn)程

方法：進(jìn)程可使用系統(tǒng)調(diào)用 fork() 函數(shù)創(chuàng)建新進(jìn)程。

其中調(diào)用 fork() 的進(jìn)程被稱為父進(jìn)程，新創(chuàng)建的進(jìn)程被稱為子進(jìn)程
如下：在main中創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程

遠(yuǎn)行結(jié)果如下

如上所示使用 fork() 創(chuàng)建了子進(jìn)程后，bbbbbb…居然被打印了兩次，而aaaa…輸出正常只打印了一次
為探究為什么咱使用兩個(gè)函數(shù)輔助咱們觀看結(jié)果
函數(shù)：getpid()
作用：返回當(dāng)前進(jìn)程PID

函數(shù)：getppid()
作用：返回當(dāng)前進(jìn)程PPID(父進(jìn)程)
重新對(duì)代碼編輯如下：

#include<unistd.h>  
#include<stdio.h>  int main()  {  printf("aaaaaaaaaaaaaaaaaaa\n");  fork(); //創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程  printf("我的PID :%d  我的PPID :%d \n",getpid(),getppid());                                  return 0;  }  

執(zhí)行程序后結(jié)果如下

可以看出第一個(gè)打印出自己PID 6389 的為父進(jìn)程 ， 因?yàn)榈诙€(gè)打印出自己的PPID 為 6389，所以PID 6390為子進(jìn)程

但也說明了父子進(jìn)程執(zhí)行的代碼是一樣的。

探究父子進(jìn)程

查看 fork 的說明:

1：如果子進(jìn)程開啟成功則給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的PID，否則返回-1
2：會(huì)給子進(jìn)程返回0

由此我下下以下程序：

  1 #include<unistd.h>2 #include<stdio.h>3 int main()4 {5   int n = 5;6   int i  = 1;7   printf("aaaaaaaaaaaaaaaaaaa\n");8  int pp =  fork(); //創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程9  if(pp == 0)//子進(jìn)程程序10  {11     while(n--)12     {13       printf("我是子進(jìn)程，i = %d 我的PID :%d  我的PPID :%d \n",i ,getpid(),getppid());14       sleep(1); i =99;//把值改掉15     }16  }17  else18  {                                                                                            19     while(n--)20     {             21       printf("我是父進(jìn)程，i = %d 我的PID :%d  我的PPID :%d \n",i ,getpid(),getppid()); sleep(1);22     }     23  }24   return 0;25 }

如上圖 pp 變量會(huì)接收 fork() 的返回值（目前不考慮進(jìn)程創(chuàng)建失敗的情況），上面已經(jīng)敘述了父進(jìn)程與子進(jìn)程的代碼是一致的 ，只是父進(jìn)程中 pp 變量接收到的 fork() 返回值為其子進(jìn)程的PID ,而子進(jìn)程中的 pp 變量接收到的 fork() 返回值為0

所以上述代碼中，子進(jìn)程和父進(jìn)程所執(zhí)行的代碼一致（子進(jìn)程從fork()函數(shù)位置開始執(zhí)行），只是 pp 變量不同
大致可以如下圖

程序執(zhí)行結(jié)果如下

和我們預(yù)想的一致，由于父子進(jìn)程中的 pp 變量不同所以被 if 和 else 區(qū)分打印出了對(duì)應(yīng)的

但程序代碼的第 14 行，在子進(jìn)程中把 i 的值改成了99,但父進(jìn)程的i值并沒有被改變

總結(jié)：內(nèi)核通過對(duì)父進(jìn)程的復(fù)制來創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程從父進(jìn)程處繼承數(shù)據(jù)段，棧段，以及堆段的副本后，可以修改這些內(nèi)容，不會(huì)影響父進(jìn)程的內(nèi)容（在內(nèi)存中被標(biāo)記為只讀的程序文本段則由父，子進(jìn)程共享）；