linux（进程概念）

前言：

正文

冯诺依曼体系结构

操作系统（Operator System）

概念

目的

定位

如何理解“管理”

进程组织

基本概念

内核数据结构

代码和数据

查看进程

ps指令

top指令

父子进程

fork创建进程

小结：

前言：

在进入进程的学习之前先整理进程这个章节重点：

认识冯诺依曼系统
操作系统概念与定位
深入理解进程概念，了解PCB
学习进程状态，学会创建进程，掌握僵尸进程和孤儿进程，及其形成原因和危害
了解进程调度，Linux进程优先级，理解进程竞争性与独立性，理解并行与并发
理解环境变量，熟悉常见环境变量及相关指令, getenv/setenv函数
理解C内存空间分配规律，了解进程内存映像和应用程序区别, 认识地址空间

正文

冯诺依曼体系结构

常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系

各组成部分如下：

输入设备：键盘、鼠标、声卡、网卡、摄像头 等
输出设备：显示屏、喇叭、网卡、打印机 等
存储器：只读存储器、随机存取存储器
运算器+控制器：CPU中央处理器

注意：

输入、输出设备称为外围设备，即外设，而外设一般都会比较慢，比如磁盘网卡等；CPU中央处理的速度是最快的，通过与存储器的配合，可以做到高效率处理数据（后面涉及到进程状态详细说）；对数据进行预加载，CPU 计算时，直接向存储器要数据就行了，效率很高。

关于冯诺依曼，必须强调几点：

这里的存储器指的是内存

不考虑缓存情况，这里的 CPU 能且只能对内存进行读写，不能访问外设 ( 输入或输出设备 )

外设 ( 输入或输出设备 )要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。

操作系统（Operator System）

概念

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统(OS)。笼统的理解，操作系统包括：

内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）

其他程序（例如函数库， shell 程序等等）

目的

与硬件交互，管理所有的软硬件资源
为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境

定位

普通用户无法直接与计算机中的硬件打交道，也就是说，在没有 操作系统 的情况下，我们几乎是无法使用计算机的，于是一些计算机大牛就创造出了各种好用的 操作系统因此操作系统它是一款进行软硬件资源管理的软件

如何理解“管理”

一句话：先描述，再组织。这六字真言就像学习linux的指路明灯。

描述：通过 struct 结构体对各种数据进行描述
组织：通过 链表 等高效的数据结构对数据进行组织管理

具体逻辑接口如下图所示：

进程组织

基本概念

一般课本概念：进程 是程序的一个执行实例，是正在执行的程序（这种说法不全面）

补充概念：进程 由两边组成，分别是内核数据结构+代码和数据

内核数据结构

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct

task_ struct 内容分类

标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
优先级: 相对于其他进程的优先级。
程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。
记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
其他信息

代码和数据

数据生万物，任何一个进程都有自己的代码和数据，比如我们常见的 C语言 源文件，经过编译后生成的可执行程序中，就包含着二进制代码和其创建修改的时间、所处位置信息

注： ./可执行程序 其实就是将可执行程序加载至内存中，再执行描述+组织

查看进程

进程的信息可以通过 /proc系统文件夹查看

如：要获取pid为1的进程信息，需要查看/proc/1这个文件夹、

大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具获取

ps指令

$ ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 进程名 | grep -v grep

功能： 查看进程信息，其中利用管道进行了信息筛选，使得进程信息更加清晰（-v取反将查找的grep取消）

因为查看进程的指令太长了，所以我们可以结合前面学的自动化构建工具 make ，编写一个 Makefile 文件，文件内容如下所示：

myprocess:process.c
        gcc -o myprocess process.c

.PHONY:clean
clean:
        rm -r myprocess

.PHONY:catP
catP:
        ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess | grep -v grep

其中的 make catP 指令就是我们刚刚查看 进程 的那一大串指令

top指令

$ top

这个指令之前有介绍过，相当于Windows中的 ctrl+alt+del 调出任务管理器一样，top 指令能直接调起 Linux 中的任务管理器，显然，任务管理器中包含有进程相关信息

父子进程

进程间存在 父子关系

比如在当前 bash 分支下运行程序，那么程序的 父进程 就是当前 bash 分支

其中，PID 是当前进程的ID，PPID 就是当前进程所属 父进程 的ID
我们一样可以通过函数来查看 父进程 的ID值

fork创建进程

fork 函数是一个非常重要的函数，它能在当前进程下主动创建 子进程 ，用于程序中
编写代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

/*
 * 测试fork创建子进程
 * 理解fork函数的返回值
 * 通过if语句进行分流
 * 总结：fork创建子进程成功时，给父进程返回子进程PID，给子进程返回0，
 如果失败返回-1；通过两次fork可以发现当父进程执行后，才会去执行子进程，
 父子进程间存在独立性，即父进程被kill后，子进程任然可以运行,父子进程间存在写时拷贝机制，
 当子进程的值发生改变时，只会作用于子进程中
 */

int main()
{
  pid_t ret = fork(); //获取返回值
  int val = 1;  //比较值
  if(ret == 0)
  {
    //在子进程内再创建(孙)子进程
    pid_t rett = fork();
    if(rett > 0)
    {
      while(1)
      {
        val = 2;  //写时拷贝
        printf("二代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
        sleep(1);
      }
    }
    else if(rett == 0)
    {
      while(1)
      {
        val = 3;  //写时拷贝
        printf("三代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
        sleep(1);
      }
    }
    else
      printf("进程创建失败\n");
  }
  else if(ret > 0)
  {
      while(1)
      {
        val = 1;  //写时拷贝
        printf("一代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
        sleep(1);
      }
  }
  else
    printf("进程创建失败\n");

  return 0;
}

不难发现，子进程是否出现取决于在当前进程中是否调用 fork 函数

fork函数工作原理：

fork 创建子进程时，会新建一个属于子进程的 PCB ，然后把父进程 PCB 的大部分数据拷贝过来添加自己属性，暂时两者共享一份代码和数据。
各进程间是相互独立的，包括父子进程。这句话的含义是当我们销毁父进程后，它所创建的子进程并不会跟着被销毁，而是被 init 1号进程接管，成为一个孤儿进程。
具体表现如下：

fork 创建子进程时还存在 写时拷贝 这种现象，即存在一个全局变量，当父进程的改变值时，不会影响子进程的值，同理子进程也不会影响父进程，再次印证 相互独立 这个现象。