4. Linux 的进程

进程 (process) 是多任务操作系统的一个概念。其通常被定义为程序执行时的一个实例，是可以分配给处理器并且交由处理器执行的一个实体。

引入：支持多任务的操作系统在执行多个任务的时候需要共享系统资源，这导致不同的任务之间存在相互制约的关系，程序的执行表现出间断性特征。这些特征是在程序执行过程中发生的，是动态过程，而C语言程序编译连接后生成的可执行文件是一组指令的集合，是静态的，无法描述程序在内存中并发的执行情况，故引入进程。

！！“进程”和“线程”

4.1 进程基础

4.1.1 进程的特点

进程由程序、数据和进程控制块组成。多个不同的进程可包含相同的可执行文件，一个可执行文件在不同数据集里构成不同的进程，得到不同结果。

动态性：进程实质是一个可执行文件（程序）在多任务操作系统中的一次执行过程，动态产生和消亡。
并发性：人和进程都可以同其他进程一起并发执行。
独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位。
异步性：由于进程之间相互制约，一个进程的操作步骤不一定连续执行。

Linux内核管理着多个用户的请求和多个任务，每个任务或请求对应着一个进程。

4.1.2 进程的四要素

有一段代码供进程运行
有专用的系统堆栈空间
有一个由 task_struck 结构来实现进程控制块
有独立的存储空间

4.1.3 进程的标识方法

两种方式：进程描述符的地址，进程标识符。（这两都是唯一的）

(1) 进程描述符

为对进程进行管理，Linux内核必须了解每个进程当前的执行状态（包括进程优先级、进程运行状态和进程分配的地址空间等），用一个 task_struct 结构体进程描述符 (processor descriptor) 来存放这些信息。

Linux内核提供一个数组 task 用于存放进程描述符，其包含指向系统中所有 task_struct 结构的指针。这意味着系统中最大进程数受数组 task 数组大小的限制，缺省值一般为 512。
以下是一个进程描述符的主要结构：

struct task_struct   {volatile long state;
//进程的运行状态：-1：不可运行； 0：可运行； >0：已停止；
unsigned int flags;
// 进程当前状态标识：
// 0x00000002 表示进程正在被创建
// 0x00000004 表示进程正准备退出
// 0x00000040 表示此进程被 fork 出，但未执行 exec
// 0x00000400 表示此进程因其他进程发出相关信号而被 Kill
unsigned int rt_priority
// 进程优先级
struct list_head tasks;
struct mm_struct *mm;
int exit_state;
pid_t pid;
// 进程标识号
struct task_struct *real_parent;
// real_parent 为该进程的“亲生父亲”
struct task_struct *parent;
// real_parent 为该进程的父进程
struct task_struct children;
// 为该进程孩子的链表，可以得到所有子进程的进程描述符
struct task_struct sibling;
// 为该进程兄弟的链表，可以得到其父亲所有孩子的链表
struct task_struct *group_leader;
// 主进程的进程描述符
struct list_head thread_gruop;
// 进程中所有线程的链表
unsigned long timer_slack_ns;
unsigned long default_timer_slack_ns;
...
}

(2) 进程标识符（Processor ID, PID）

PID 是在当前Linux系统中唯一的非负整数，用于标识和对应唯一的进程。

PID 按顺序编号。通产说是前一个进程的进程标识符加一。PID可以重复使用，当一个进程被回收之后，过一段时间，该PID可以被再次使用。

Linux中有几个特殊标识符对应的进程：

PID0：对应交换进程 (swapper)，其用于多进程的调用；
PID1：对应初始化进程 (init)，在自举过程结束时由内核调用，其对应文件 /sbin/init, 负责Linux启动工作，该进程在系统运行过程不会终止。可以说系统中所有进程都由该进程衍生而来；
PID2：可能对应页守护进程 (pagedaemon)，用于虚拟存储系统的分页操作。

查看系统中正在运行的进程以及相关信息：

ps-aux//getpid系列函数获得当前进程的PID：
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
pid_t_getpid(void)
pid_t_getppid(void)  // 获得当前调用进程的父进程// getpid系列函数获得进程对应用户相关信息：
uid_t_getuid(void);   // user id
uid_t_geteuid(void);  // efficient user id
uid_t_getgid(void);   // group id
uid_t_geteuid(void);  // efficient group id

4.1.4 进程的关系和分类

Linux系统中所有进程相互联系，程序创建的进程之间有父/子关系，自进程之间有兄弟关系。

p_pptr: 父进程 (parent)，其指向进程的父进程；
p_cptr: 子进程 (child);
p_ystr: 弟进程 (younger sibling)，指向在本进程创建之后由父进程创建的进程；
p_ostr: 兄进程 (older sibling)，指向在本进程创建之前由父进程创建的进程；

Linux操作系统通常包含三种不同类型的进程：

交互进程：一个由 shell 启动的进程，可以在前台、后台运行；
批处理进程：这种进程和终端没有关系，是一个进程序列；
守护进程: 系统启动时启动的进程，并在后台运行。

4.1.5 进程的状态

可运行状态 (TASK_RUNNING)，占用处理器执行或准备执行；
可中断的等待状态 (TASK_INTERRUPTIBLE)，进程被挂起或睡眠，当某条件为真时才退出该等待状态进入RUNNING，这些条件包括：硬件中断，进程正在等待的资源被释放，传递一个信号等；
不可中断的等待状态 (TASK_UNINTERRUPTIBLE): 类似上一个，区别在当收到信号的时候不可退出该等待状态；
暂停状态 (TASK_STOPPING)：通常说进程收到信号 SIGSTOP, SIGTTIN, SIGTTOU后，进入暂停状态；
僵尸状态 (RASK_ZOMBIE): 进程执行已被终止，但父进程还未使用 wait 调用已返回的相关信息，此时内核不可以丢弃该进程的数据，因为父进程可能还需用到这些数据。

进程在这几个状态之间的切换，对用户来说是透明的。该切换过程也称为**“进程的调度”**。

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