Linux 进程概念

冯诺依曼体系结构（了解）

周边知识

操作系统

如何管理

解释打印

★库函数

★系统调用

进程

概念

PCB

结构示意图

系统调用

监控脚本

gitpid / gitppid

解释样例

chdir

/proc

解释样例

运行起来后删除磁盘中小体积的可执行程序

fork

概念

创建子进程的目的

工作原理

程序从上往下运行

★进程是独立运行的

样例解释

为什么会fork有两个返回值？

fork对于父子进程返回值不一样？

为什么id会有不同的值，确又是同一个地址？

总结

冯诺依曼体系结构（了解）

数据在硬件中的流通

周边知识

计算机里几乎所有的设备都有存储数据的能力
CPU的数据处理能力很强；内存(掉电易失性存储单元)；外设，硬盘(ssd固态硬盘)，磁盘(永久的存储介质，机械结构)
设备交互的本质是数据的拷贝；存储的效率直接决定了拷贝的效率，决定了设备和设备间通信的效率
数据层面上，当代CPU一般不直接和外设交互，优先和内存交互
内存可以理解为一个硬件级别的大的缓存
冯诺依曼体系结构的本质是：用较少的钱，做出效率不错的计算机(高性价比)
程序运行之必须先加载到内存，使CPU读取其可执行程序的内存和数据(计算机层面都为二进制)

操作系统

操作系统是开机第一个加载的软件
是一款软硬件资源管理的软件(对下手段)，为了给用户提供高效，稳定，安全的运行环境

底层硬件采取冯诺依曼的体系结构
除了CPU和内存外都需要驱动程序
★操作系统内部有大量的数据对象和数据结构
★操作系统之上不是用户而是系统调用

如何管理

先描述(硬件的重要属性集合)被管理的对象；再通过数据结构将它们组织起来

解释打印

往显示器打印的本质是往底层的硬件打印，操作系统不允许用户直接访问操作系统，那么更不会允许用户直接访问驱动程序或者对应的硬件，几乎用户的所有行为都必须贯彻操作系统，所以会通过printf这个库函数与操作系统的输出功能进行交互，然后由操作系统帮助向硬件打印
所有语言中的大部分功能都和系统调用有关，所以printf必定封装了系统调用
★系统调用是上层访问下层的唯一通道

★库函数

通常调用系统调用 (因为底层封装了系统调用)来实现更高级别的功能
库函数是应用程序调用的函数，通常是由编程语言的标准库或第三方库提供的

★系统调用

是最底层的，是操作系统内核提供的接口，是程序与操作系统内核直接交互的接口
允许用户的程序请求操作系统执行一些特权操作
系统调用通常通过封装在标准库中的函数接口来访问

进程

概念

可执行程序被加载到了内存，而操作系统为了更好管理进程，通过创建对应的PCB(进程 = 可执行程序 + 内核数据结构)；管理的本质是管理PCB，数据(程序加载到内存的代码段和数据段...(二进制代码和数据))

PCB

进程控制块(Process Control Block)；进程的结构体对象
包含多种属性：id，代码地址，数据地址，进程状态，优先级，链接字段...
操作系统通过进程控制块来管理进程
task_struct是Linux内核中具体实现的PCB
PCB 是操作系统管理进程的核心数据结构，PCB 完全由操作系统内核创建、管理和销毁。因此，PCB 是操作系统内核的一部分
描述进程的PCB在排队，而不是程序在排队

结构示意图

task_struct 是用于描述每个进程的通用数据结构，所有进程（无论类型如何）都使用这个结构体
纠正：如果在task_struct里实现链接，这也是合理的，链接又很多种方式
★一个进程的PCB可以在多个链表里，这是操作系统内核管理和调度进程的重要机制之一
可以通过cur(list)宏来得到task_struct的地址

系统调用

监控脚本

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep mybin | grep -v "grep"; sleep 1; echo ""; done
用于动态观察
grep命令启动的时候也包含mybin

gitpid / gitppid

pid：进程标识符，操作系统用来唯一标识每个进程的一个数字
通过系统调用拿到pid或者ppid
kill -9 pid ：kill的-9选项可以通过pid杀进程

解释样例

#include <stdio.h>    
#include <unistd.h>    
    
int main()    
{    
    printf("这个进程的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());        
    while(1)    
    {    
        sleep(1);                                       
    }    
    return 0;    
}

发现32001是一个叫bash的进程
bash是shell(命令行解释器)的一种
运行的ps axj命令的父进程是bash
结论：通过命令行解释器(bash)启动的进程的父进程都是bash(bash在登陆后就不变了)
启动进程意味着 进程一般是由其父进程创建

chdir

/proc

是一个虚拟文件系统，用于提供关于系统和进程的信息，每个正在运行的进程在 /proc 目录下都有一个对应的子目录，该子目录的名称就是该进程的进程ID
是一个动态的目录结构，存放的是所有存在的进程，目录名就是进程的pid
★exe：指向了该进程当前正在执行的可执行文件的路径
★cwd：current work directory 当前工作目录

解释样例

chdir("/home/wzf/Linux");//修改cwd路径
FILE* fp = fopen("test.txt", "w");

会在/home/wzf/Linux的工作目录下创建test.txt文件
这里的fopen也可以写成./text.txt，就是相对于cwd去比照
结论：默认情况下，进程启动时所处的路径就是当前路径
结论：每一个进程都要有自己的工作目录

运行起来后删除磁盘中小体积的可执行程序

当一个可执行程序被加载到内存中执行时，文件的内容(机器指令，数据段，代码段，堆栈段)已经被操作系统读取并加载到内存中。此时，即使删除了文件系统中的可执行文件，已经在运行的进程不会受到影响
如果这个可执行程序不是一次全加载到内存上的，进程当然受到影响

fork

概念

Linux 系统中，所有进程都是通过 fork() 机制派生出来的

创建子进程的目的

让子进程协助父进程完成一些单进程解决不了的任务
多进程多在服务端(简单来说需要同时处理多个客户端的请求)，客户端较少

工作原理

以父进程为模版，复制父进程的虚拟地址空间、文件描述符、寄存器状态等。子进程与父进程几乎完全相同，先全部拷贝到子进程，再修改部分信息

程序从上往下运行

进程运行时，CPU里有个(指令指针)eip寄存器(x86架构)/pc指针(arm架构)，会保存当前正在执行的指令的地址；当处理器执行一条指令时，eip会指向下一条指令的地址；eip寄存器的值也会被子进程继承

★进程是独立运行的

★每个进程有自己独立的上下文，包含寄存器状态、内存映射；当进程在 CPU 上运行时，操作系统会加载该进程的上下文到 CPU 中，父进程和子进程虽然共享相同的 EIP 值，但在实际执行时，它们是独立运行的，因为它们拥有各自的进程上下文

样例解释

#include <stdio.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <unistd.h>    
    
int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id < 0)    
        return -1;    
    else if(id == 0)    
    {    
        while(1)    
        {    
            printf("子进程的pid:%d, ppid:%d, &id=%p\n", getpid(), getppid(), &id);    
            sleep(1);    
        }    
    }    
    else    
    {    
        while(1)                                                                                         
        {    
            printf("父进程的pid:%d, ppid:%d, &id=%p\n", getpid(), getppid(), &id);    
            sleep(1);    
        }    
    }    
}