先看一下进程在课本里的标准定义：“进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。”这个定义非常严谨，而且难懂，如果你没有一下子理解这句话，就不妨看看并不严谨的解释。我们大家都知道，硬盘上的一个可执行文件经常被称作程序，在Linux系统中，当一个程序开始执行后，在开始执行到执行完毕退出这段时间里，它在内存中的部分就被称作一个进程。

当然，这个解释并不完善，但好处是容易理解，在以下的文章中，我们将会对进程作一些更全面的认识。

1.1 Linux进程简介

Linux是一个多任务的操作系统，也就是说，在同一个时间内，可以有多个进程同时执行。如果读者对计算机硬件体系有一定了解的话，会知道我们大家常用的单CPU计算机实际上在一个时间片断内只能执行一条指令，那么Linux是如何实现多进程同时执行的呢？原来Linux使用了一种称为“进程调度（process scheduling）”的手段，首先，为每个进程指派一定的运行时间，这个时间通常很短，短到以毫秒为单位，然后依照某种规则，从众多进程中挑选一个投入运行，其他的进程暂时等待，当正在运行的那个进程时间耗尽，或执行完毕退出，或因某种原因暂停，Linux就会重新进行调度，挑选下一个进程投入运行。因为每个进程占用的时间片都很短，在我们使用者的角度来看，就好像多个进程同时运行一样了。

在Linux中，每个进程在创建时都会被分配一个数据结构，称为进程控制块（Process Control Block，简称PCB）。PCB中包含了很多重要的信息，供系统调度和进程本身执行使用，其中最重要的莫过于进程ID（process ID）了，进程ID也被称作进程标识符，是一个非负的整数，在Linux操作系统中唯一地标志一个进程，其实从进程ID的名字就可以看出，它就是进程的身份证号码，每个人的身份证号码都不会相同，每个进程的进程ID也不会相同。

1.2 getpid

#include<sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */
#include<unistd.h> /* 提供函数的定义 */
pid_t getpid(void);

getpid的作用很简单，就是返回当前进程的进程ID，请大家看以下的例子：

/* getpid_test.c */
#include<unistd.h>
main()
{printf("The current process ID is %d\n",getpid());
}

编译并运行程序getpid_test.c：

$gcc getpid_test.c -o getpid_test
$./getpid_test
The current process ID is 1980

1.3 fork

#include<sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */
#include<unistd.h> /* 提供函数的定义 */
pid_t fork(void);

只看fork的名字，可能难得有几个人可以猜到它是做什么用的。fork系统调用的作用是复制一个进程。当一个进程调用它，完成后就出现两个几乎一模一样的进程，我们也由此得到了一个新进程。据说fork的名字就是来源于这个与叉子的形状颇有几分相似的工作流程。

在Linux中，创造新进程的方法只有一个，就是我们正在介绍的fork。其他一些库函数，如system()，看起来似乎它们也能创建新的进程，如果能看一下它们的源码就会明白，它们实际上也在内部调用了fork。包括我们在命令行下运行应用程序，新的进程也是由shell调用fork制造出来的。fork有一些很有意思的特征，下面就让我们通过一个小程序来对它有更多的了解

/* fork_test.c */
#include<sys/types.h>
#inlcude<unistd.h>
main()
{pid_t pid;/*此时仅有一个进程*/pid=fork();/*此时已经有两个进程在同时运行*/if(pid<0)printf("error in fork!");else if(pid==0)printf("I am the child process, my process ID is %d\n",getpid());elseprintf("I am the parent process, my process ID is %d\n",getpid());
}

编译并运行：

$gcc fork_test.c -o fork_test
$./fork_test
I am the parent process, my process ID is 1991
I am the child process, my process ID is 1992

看这个程序的时候，头脑中必须首先了解一个概念：在语句pid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的代码部分完全相同，将要执行的下一条语句都是if(pid<0)……。

两个进程中，原先就存在的那个被称作“父进程”，新出现的那个被称作“子进程”。父子进程的区别除了进程标志符（process ID）不同外，变量pid的值也不相同，pid存放的是fork的返回值。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：

1．在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；

2．在子进程中，fork返回0；

3．如果出现错误，fork返回一个负值；

fork出错可能有两种原因：（1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限；（2）系统内存不足。

fork系统调用出错的可能性很小，而且如果出错，一般都为第一种错误。如果出现第二种错误，说明系统已经没有可分配的内存，正处于崩溃的边缘，这种情况对Linux来说是很罕见的。

剩下的代码，如果pid小于0，说明出现了错误；pid==0，就说明fork返回了0，也就说明当前进程是子进程，就去执行printf("I am the child!")，否则（else），当前进程就是父进程，执行printf("I am the parent!")。

说到这里，可能有些读者还有疑问：如果fork后子进程和父进程几乎完全一样，而系统中产生新进程唯一的方法就是fork，那岂不是系统中所有的进程都要一模一样吗？那我们要执行新的应用程序时候怎么办呢？从对Linux系统的经验中，我们知道这种问题并不存在。至于采用了什么方法，我们到后面具体讨论。

1.4 exit

#include<stdlib.h>
void exit(int status);

不像fork那么难理解，从exit的名字就能看出，这个系统调用是用来终止一个进程的。无论在程序中的什么位置，只要执行到exit系统调用，进程就会停止剩下的所有操作，清除包括PCB在内的各种数据结构，并终止本进程的运行。请看下面的程序：

/* exit_test1.c */
#include<stdlib.h>
main()
{printf("this process will exit!\n");exit(0);printf("never be displayed!\n");
}

编译后运行：

$gcc exit_test1.c -o exit_test1
$./exit_test1
this process will exit!

我们可以看到，程序并没有打印后面的"never be displayed!\n"，因为在此之前，在执行到exit(0)时，进程就已经终止了。

exit系统调用带有一个整数类型的参数status，我们可以利用这个参数传递进程结束时的状态，比如说，该进程是正常结束的，还是出现某种意外而结束的，一般来说，0表示没有意外的正常结束；其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束。我们在实际编程时，可以用wait系统调用接收子进程的返回值，从而针对不同的情况进行不同的处理。

在一个进程调用了exit之后，该进程并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程（Zombie）的数据结构。在Linux进程的5种状态中，僵尸进程是非常特殊的一种，它已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间。从这点来看，僵尸进程虽然有一个很酷的名字，但它的影响力远远抵不上那些真正的僵尸兄弟，真正的僵尸总能令人感到恐怖，而僵尸进程却除了留下一些供人凭吊的信息，对系统毫无作用。

也许读者们还对这个新概念比较好奇，那就让我们来看一眼Linux里的僵尸进程究竟长什么样子。

当一个进程已退出，但其父进程还没有调用系统调用wait（稍后介绍）对其进行收集之前的这段时间里，它会一直保持僵尸状态，利用这个特点，我们来写一个简单的小程序：

/* zombie.c */
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
main()
{pid_t pid;pid=fork();if(pid<0) /* 如果出错 */printf("error occurred!\n");else if(pid==0) /* 如果是子进程 */exit(0);else      /* 如果是父进程 */sleep(60);  /* 休眠60秒，这段时间里，父进程什么也干不了 */wait(NULL);    /* 收集僵尸进程 */
}

sleep的作用是让进程休眠指定的秒数，在这60秒内，子进程已经退出，而父进程正忙着睡觉，不可能对它进行收集，这样，我们就能保持子进程60秒的僵尸状态。

编译这个程序：

$ cc zombie.c -o zombie

后台运行程序，以使我们能够执行下一条命令

$ ./zombie &[1] 1577

列一下系统内的进程

$ ps -ax...  ... 1177 pts/0    S      0:00 -bash1577 pts/0    S      0:00 ./zombie1578 pts/0    Z      0:00 [zombie <defunct>]1579 pts/0    R      0:00 ps -ax

看到中间的"Z"了吗？那就是僵尸进程的标志，它表示1578号进程现在就是一个僵尸进程。

我们已经学习了系统调用exit，它的作用是使进程退出，但也仅仅限于将一个正常的进程变成一个僵尸进程，并不能将其完全销毁。僵尸进程虽然对其他进程几乎没有什么影响，不占用CPU时间，消耗的内存也几乎可以忽略不计，但有它在那里呆着，还是让人觉得心里很不舒服。而且Linux系统中进程数目是有限制的，在一些特殊的情况下，如果存在太多的僵尸进程，也会影响到新进程的产生。那么，我们该如何来消灭这些僵尸进程呢？

先来了解一下僵尸进程的来由，我们知道，Linux和UNIX总有着剪不断理还乱的亲缘关系，僵尸进程的概念也是从UNIX上继承来的，而UNIX的先驱们设计这个东西并非是因为闲来无聊想烦烦其他的程序员。僵尸进程中保存着很多对程序员和系统管理员非常重要的信息，首先，这个进程是怎么死亡的？是正常退出呢，还是出现了错误，还是被其它进程强迫退出的？其次，这个进程占用的总系统CPU时间和总用户CPU时间分别是多少？发生页错误的数目和收到信号的数目。这些信息都被存储在僵尸进程中，试想如果没有僵尸进程，进程一退出，所有与之相关的信息都立刻归于无形，而此时程序员或系统管理员需要用到，就只好干瞪眼了。

那么，我们如何收集这些信息，并终结这些僵尸进程呢？就要靠我们下面要讲到的wait调用。wait调用的作用是收集僵尸进程留下的信息，同时使这个进程彻底消失。下面就对这个调用作详细介绍。

1.5 wait

1.5.1 简介

#include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status)

进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1。

1.5.2 实战

下面就让我们用一个例子来实战应用一下wait调用，程序中用到了系统调用fork。

/* wait1.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>main()
{pid_t pc,pr;pc=fork();if(pc<0)         /* 如果出错 */printf("error ocurred!\n");else if(pc==0){        /* 如果是子进程 */ printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());sleep(10); /* 睡眠10秒钟 */}else{          /* 如果是父进程 */pr=wait(NULL); /* 在这里等待 */printf("I catched a child process with pid of %d\n"),pr);}     exit(0);
}

编译并运行:

$ cc wait1.c -o wait1
$ ./wait1
This is child process with pid of 1508
I catched a child process with pid of 1508

可以明显注意到，在第2行结果打印出来前有10秒钟的等待时间，这就是我们设定的让子进程睡眠的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到。

1.5.3 进程同步

有时候，父进程要求子进程的运算结果进行下一步的运算，或者子进程的功能是为父进程提供了下一步执行的先决条件（如：子进程建立文件，而父进程写入数据），此时父进程就必须在某一个位置停下来，等待子进程运行结束，而如果父进程不等待而直接执行下去的话，可以想见，会出现极大的混乱。这种情况称为进程之间的同步，更准确地说，这是进程同步的一种特例。进程同步就是要协调好2个以上的进程，使之以安排好地次序依次执行。解决进程同步问题有更通用的方法，我们将在以后介绍，但对于我们假设的这种情况，则完全可以用wait系统调用简单的予以解决。请看下面这段程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>main()
{pid_t pc, pr;int status;pc=fork();if(pc<0)printf("Error occured on forking.\n");else if(pc==0){/* 子进程的工作 */exit(0);}else{/* 父进程的工作 */pr=wait(&status);/* 利用子进程的结果 */}

这段程序只是个例子，不能真正拿来执行，但它却说明了一些问题，首先，当fork调用成功后，父子进程各做各的事情，但当父进程的工作告一段落，需要用到子进程的结果时，它就停下来调用wait，一直等到子进程运行结束，然后利用子进程的结果继续执行，这样就圆满地解决了我们提出的进程同步问题。

1.6 exec

也许有同学从fork开始读，一直到这里还有一个很大的疑惑：既然所有新进程都是由fork产生的，而且由fork产生的子进程和父进程几乎完全一样，那岂不是意味着系统中所有的进程都应该一模一样了吗？而且，就我们的常识来说，当我们执行一个程序的时候，新产生的进程的内容应就是程序的内容才对。是我们理解错了吗？显然不是，要解决这些疑惑，就必须提到我们下面要介绍的exec系统调用。

exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只留下进程ID等一些表面上的信息仍保持原样，颇有些神似"三十六计"中的"金蝉脱壳"。看上去还是旧的躯壳，却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了，它们才会返回一个-1，从原程序的调用点接着往下执行。

现在我们应该明白了，Linux下是如何执行新程序的，每当有进程认为自己不能为系统和用户做出任何贡献了，他就可以发挥最后一点余热，调用任何一个exec，让自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情况是，如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork出一个新进程，然后调用任何一个exec，这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。

事实上第二种情况被应用得如此普遍，以至于Linux专门为其作了优化，我们已经知道，fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种"写时拷贝（copy-on-write）"技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容，而是到了真正实用的时候才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会白白作无用功了，也就提高了效率。

int execve(const char *path, char *const argv[ ], char *const envp[ ]);

execve第1个参数path是被执行应用程序的完整路径，第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数，第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。

因为课程的学时有限，我们对于exec系统调用的使用就不再深入了，又兴趣的同学可查看《UNIX进程间通信》等一些关于linux编程的书。

源程序

。。。。

参考文章

浙江理工大学——操作系统实验指导 (2020.10)

Linux——进程管理相关推荐

Linux进程管理 (7)实时调度
关键词:RT.preempt_count.RT patch. 除了CFS调度器之外,还包括重要的实时调度器,有两种RR和FIFO调度策略.本章只是一个简单的介绍. 更详细的介绍参考<Linux进 ...
linux进程管理机制,linux进程管理，linux进程管理机制
linux进程管理,linux进程管理机制一.基本介绍 1.在 LINUX 中,每个执行的程序(代码)都称为一个进程.每一个进程都分配一个 ID 号 2.每一个进程,都会对应一个父进程,而这个父进程 ...
Linux—进程管理
1. 进程的概念 Linux是一个多用户多任务的操作系统.多用户是指多个用户可以在同一时间使用同一个linux系统:多任务是指在Linux下可以同时执行多个任务,更详细的说,linux采用了分时管理的 ...
Linux 进程管理工具
Linux进程管理命令: pstree.ps.top.pidof.htop.glances.pmap.vmstat.dstat.kill.pkill.job.bg.fg.nohup.pgrep ...
linux进程管理命令实验,实验2Linux进程管理.doc
实验2Linux进程管理实验2 Linux进程管理实验目的 1.加深对进程概念的理解,明确进程和程序的区别 2.进一步认识并发执行的实质 3.分析进程争用资源的现象,学习解决进程互斥的方法实验性 ...
linux进程管理fork,Linux -- 进程管理之 fork() 函数
一个进程调用fork()函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间.然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同.相当于克隆了一个自己. Test1 f ...
Linux进程管理之ps的使用
主题Linux进程管理之ps工具的使用一ps工具的介绍 ps: process state 进程状态 ps - report a snapshot of the current processes ...
linux ps 进程组,linux进程管理(2)---进程的组织结构
一.目的 linux为了不同的进程管理目的,使用了不同的方法组织进程之间的关系,为了体现父子关系,使用了"树形"图:为了对同一信号量统一处理,使用了进程组:为了快速查找某个进程,使 ...
linux进程管理命令kill,Linux进程管理命令-kill | IT运维网
格式:kill -l [signal] -l:显示当前系统可用信号 -l:显示当前系统可用信号 [root@localhost ~]# kill -l 1) SIGHUP 2) SIGINT 3) S ...
linux进程管理子系统分析,linux进程管理子系统简要分析
Linux进程管理: 进程与程序: 程序:存放在磁盘上的一系列代码和数据的可执行映像,是一个静止的实体. 进程:是一个执行中的程序,它是动态的实体进程四要素: 1. 有一段程序供其执行,这段程序不一 ...

Linux——进程管理