前言

Linux系统的进程概念，进程状态，以及操作创建进程，还有环境变量及相关指令，程序地址空间等一些知识的梳理，将自己的理解总结如下，希望和各位一起进步，一起学习。

以下是本篇文章正文内容。

文章目录

前言
一、Linux系统进程
- 1.概念引入
- 2.进程创建
- 3.进程退出
- 4.进程等待
- 5.进程程序替换
- 6.环境变量
- 7.程序地址空间

一、Linux系统进程

1.概念引入

操作系统（OS）：简单来说就是一个基本程序的集合，笼统的理解，操作系统包含内核（进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理）和其他程序（例如函数库、shell程序等）。
为什么会有操作系统呢？
首先是为了与硬件交互，管理所有的软硬件资源。其次OS为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境。
OS的定位是一个搞管理的软件。
系统调用：操作系统提供的用户访问系统内核的接口。
库函数与系统调用接口的关系：库函数实际上就是对系统调用接口进行的一层封装后的接口。
进程概念：简单来说就是运行中的程序称为进程。即：程序+执行=进程。
对于操作系统来说：进程就是一个程序运行的描述，通过这个描述，操作系统可以进行程序的调度运行管理。实际上对于系统来说，进程就是pcb。
这个程序运行的动态描述称为pcb进程控制块，通常在Linux系统下是一个task_struct结构体。
描述信息有：内存指针、上下文数据、程序计数器、进程ID–pid，IO信息，进程优先级，进程状态。
查看进程命令：ls /proc/
进程状态： 就绪态、运行态、阻塞态。
运行态（R）：正在运行或者轮转到时间片则能够运行统称运行态。
可中断休眠态（S）：可以被中断的休眠状态（满足唤醒条件或者休眠被中断则进入运行态）
不可中断休眠态（D）：不能被中断的休眠状态（满足唤醒条件之后才会进入运行态）
停止态（T）：程序停止运行的状态。（任然会被调度，但是什么都不做）
死亡态（X）：这个状态只是一个返回状态。
僵尸态（Z）：进程以已经退出不再调度了，但是这个进程的资源换没有被完全释放，等待处理的一种状态。
僵尸进程：处于僵尸态的进程，是一种退出了，但是资源没有完全被释放的进程。产生原因是：子进程先于父进程退出，但是父进程没有关注到子进程的退出，因此系统不会完全释放子进程的资源，这个子进程进入僵尸状态。子进程退出之后，在进程pcb中保存了自己的退出返回值，在父进程没有关注处理的情况下，pcb资源是不会被释放的。危害：资源泄露（一种是pcb所占的内存资源一直无法被回收，一种是一个用户能创建的进程数量是有限制的）。解决方案：一种是退出父进程来处理；另一种是进程等待来避免。
孤儿进程：父进程先于子进程退出，此时子进程称为孤儿进程。运行在后台，此时父进程成为1号进程（init进程）。孤儿进程被1号init进程领养。当然也是由init进程回收。

2.进程创建

创建进程：进程就是一个pcb是一个task_struct结构体(在Linux系统中)，创建一个进程实际就是创建一个task_struct 结构体。使用以下接口创建：
pid_t fork(）—创建进程的接口，即通过复制调用这个接口的进程（父进程），创建一个新的进程（子进程）。父进程返回大于0的值，子进程返回0，失败返回-1。
pid_t vfork()--通过复制父进程闯进子进程，父子进程共有虚拟地址空间，但是创建子进程后，父进程会阻塞，直到子进程exit退出或者子进程替换之后父进程才会运行。
父子进程的区分：由返回值确定。对于父进程会返回创建的子进程的pid，对于子进程会返回0，返回值小于0则错误。
getpid —查看进程ID。
ps -ef /aux–查看所有进程信息, 或者与管道符连接 ps -aux | grep fork
写时拷贝技术：创建子进程后，子进程与父进程各自有自己的虚拟地址空间，但是数据映射的实际上是同一块物理内存，等待内容发生改变的时候为子进程重新开辟一块独立的空间，保存子进程的数据（保持进程的独立性）。

3.进程退出

进程退出即退出一个进程。
退出进程的方式有：正常退出和异常退出两种。
正常退出方式有：通过以下三种退出方式退出的进程，查看结果是否符合预期。
1.main函数中调用return。
2.使用库函数void exit(int status);此exit函数可以在任意位置调用都可以退出进程。在退出之前会刷新文件缓冲区。
3.使用系统调用接口void _exit(int status);
exit和_exit区别：exit是库函数接口，在退出时会刷新缓冲区，然后释放资源；而_exit不会刷新缓冲区，直接进行资源释放。

异常退出：程序因为某些错误异常崩溃退出。
ctrl+c，信号终止。
查看上一次调系统调用接口使用错误原因的接口：
void perror(const char s);
char strerror(int errnum)；
具体使用如下代码：

4.进程等待

进程等待意思是父进程等待子进程的退出，获取退出子进程的返回值，释放退出子进程的资源，目的是为了避免产生僵尸进程。
进程等待操作：
pid_t wait(int *status)：其中status是一个整型空间的地址，此函数用于获取退出子进程返回值。成功则返回退出子进程的pid，失败则返回-1.此处的等待是等待任意一个子进程的退出，如果当前没有子进程退出则一直阻塞等待。需要注意的是：只要有退出的子进程，这个接口就会进行处理。
阻塞：为了完成一个功能，发起一个调用，若当前不具备完成条件，则一直等待。
非阻塞：为了完成一个功能，发起一个调用，若当前不具备完成条件，则立即返回。
pid_t waitpid(pid_t childpid,int *status,int options)：可以等待任意一个子进程退出，也可以只等待指定的子进程。可以阻塞等待子进程退出，也可以非阻塞等待子进程退出。其中childpid：-1表示等待任意子进程，大于0表示等待指定的子进程；status：用于获取退出子进程的返回值；options：0表示默认阻塞等待，WNOHANG表示设置非阻塞等待。函数返回值：错误则返回-1，没有子进程退出则返回0.有子进程退出则返回子进程的id。

退出子进程返回值/wait的参数获取到的值：status不能简单的当作整型来看待，可以当作位图来看待。位图包含了进程退出返回值和异常退出信号值。其中异常信号退出值为0，表示进程正常退出，非0表示异常退出。

5.进程程序替换

程序替换：替换一个进程正在调度运行的程序，程序替换只是替换了运行的程序，而pcb中也只是重新初始化了一些信息（如虚拟地址空间，页表…）。在一个进程中执行程序替换接口，就能实现改变当前调用进程运行的程序。
exec函数族：以下函数中第一参数是新的程序文件路径名，第二个参数是程序运行参数，第三个参数是环境变量。如下函数所示：
其中： l表示参数采用列表，v表示参数用数组，p表示由p自动搜索环境变量PATH，e表示自己维护环境变量。
extern char* environ;
int execl(const char *path, const char *arg, …);
int execlp(const char *file, const char *arg, …);
int execle(const char *path, const char *arg, …, char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char const envp[]);

exec函数有p时，程序文件若是命令程序可以不用带路径，默认去path环境变量指定的路径下找程序.带p的函数，常用于执行替换命令程序时使用；exec函数有e时，表示由我们自己设定环境变量，否则默认使用原有环境变量。

6.环境变量

环境变量：是一种变量，用来保存系统运行环境参数的变量，便于运行环境参数的配置和进程之间的数据通信（子进程的环境变量就是由父进程那而来的）。
命令操作：
env：查看所有的环境变量
set：查看shell中所有的变量，不限于环境变量。
echo：查看指定变量
unset：删除环境变量
export：设置为环境变量
具体命令操作如下：先定义一个变量MYVAL=1000，此时用env命令查看环境变量是查看不了的，因为定义的MYVAL是一个变量，不是环境变量，但是可以用set命令查看，因为set可以查看所有的变量，如果要将MYVAL设置成环境变量用export命令即可完成，此时MYVAL已被定义为环境变量，使用env命令就可以看到了MYVAL的值了，当然也可以用echo $来查看变量，unset命令删除环境变量。

典型环境变量：
PATH：程序运行的默认搜索路径–在命令行终端中输入命令名称可以直接执行对应名称的命令程序，实际上是因为shell捕捉到输入的命令名称之后，然后去PATH环境变量指定的路径下去找这个程序，找到了就运行，找不到就报命令没有找到的错误。
HOME：指定用户的主工作目录（即用户登录到Linux系统中时，默认的目录）
SHELL：它的值通常是/bin/bash。

环境变量接口：
getenv：通过环境变量名称获取变量值。char *getenv(const char *name);
putenv：增加或者改变环境变量值。int putenv(char *string);
注意：环境变量通常具有全局属性的，也就是说可以被子进程继承下去。

7.程序地址空间

地址：通常所说的地址是内存的地址，也就是内存单元的编号。
实际上在进程中，程序访问的这些地址（变量地址…）实际上是一个虚拟地址。我们所说的程序地址空间实际上叫做进程的虚拟地址空间。
虚拟地址空间实际上是系统给进程所描述的一个假的地址空间。是一个mm_struct结构体。并且每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，也就是有自己的mm_struct内存描述。进程访问的都是虚拟地址，访问内存数据的时候，先将虚拟地址转换为物理地址然后访问。

使用虚拟地址空间目的：为了让进程能够访问一块连续的，完整的地址，并且经过页表映射到物理内存之后，可以实现数据在物理内存上的离散式存储，提高内存的利用率，在页表中可以进行内存访问控制。

内存管理方式：
1.分段式：将地址空间分为多段（代码段、数据段等），目的是便于编译器进行地址管理。分段式虚拟地址组成：段号+段内的地址偏移量；在系统中有一个段表：一个个段表项（段号，物理内存段起始地址）起始地址+段内偏移地址就是它的地址。

2.分页式：将地址空间分为多个小块（页），目的实现离散式存储，提高内存利用率。分页式虚拟地址组成：页号+页内偏移；在系统中有一个页表（页号，物理内存起始地址，权限控制，缺页中断位），页表：页号+物理块地址。

3.段页式：将虚拟地址空间进行分段，在每个分段内进行分页式内存管理，集合了分段分页的优点进行内存管理。

缺页中断：缺页中断表示当前地址要访问的数据不在物理内存中。

交换内存：当物理内存不够使用的时候，则将物理内存中不活跃的数据，保存到磁盘的交换分区中，腾出的物理内存可以给新的程序数据使用。

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