初识Linux下进程

风晓 2024-01-06 10:59:10  63535 赞同 0 反对 0

分类：资源

我们在电脑上点开的一个个应用，其实就是一个个进程，进程仅仅如此吗？今天我们就来认识一下进程，那么话不多说，开启我们今天的话题！

🚀简单认识一下进程

打开任务管理器，管理器上显示的所有应用都是进程，例如：

这些打开的应用程序，都是进程，这也说明了操作系统可以同时运行多个进程，我们上次学习了操作系统的管理工作，那么os是如何对加载到内存的程序做管理的呢？

还是那六个字：先描述，再组织！

那么在我们Linux系统下，是如何描述进程的？众所周知，Linux大部分是用C语言写的，而描述进程就会用到struct结构体：

struct XXX{

//状态

//优先级

//内存指针字段

//标识符

//..包含进程几乎所有的属性字段

struct XXX *next;

};

先描述，就是将进程的属性信息放在结构体当中。

🚀如何管理进程

可执行程序被加载到内存的时候，仅仅是将可执行程序的代码和数据加载进来了，但是os并不认识你：

这就好比，你跟你的好朋友小明是室友，今天你们去蹭陌生人的席，但是不巧的是被主人发现了，主人一脸奇怪的看着你俩。这个时候，因为主人没有对应的信息，所以主人并不认识你。

但是你急中生智，你告诉主人家：我们是你七大姑的八大姨家的孩子，他是我弟弟。然后你就拿出了500块钱，说：刚才忘记上账了。这个时候主人家也不管你是不是亲戚了：“来了就是客人，钱我就收着了，你去登记吧~，一人250。”

对于操作系统也是如此，既然你已经加载进来了，os为了更好的管理这些程序，就需要把你的信息交给操作系统。

所以就需要将可执行程序的结构体变量实例化，也就是创建结构体对象！所以每一个可执行程序都有对应的描述其结构体的对象。

进程全称为：Process Control Block（进程控制块），简称：PCB。

struct PCB{

//状态

//优先级

//内存指针字段

//标识符

//..包含进程几乎所有的属性字段

struct PCB *next; //链式结构，指向下一个PCB对象

};

我们已经描述完了一个结构体对象，那么如何组织呢？其实在进程结构体对象当中，有着一个 next 指针，用来指向下一个PCB对象形成链式结构，这样，所有的进程就都可以关联起来了。

那么这个PCB对象就是进程吗？也不是，进程是：进程 = 内核数据结构 + 可执行程序。这里的内核数据结构暂时可以理解为进程的PCB对象。

🚀进程属性信息

PCB是进程比较官方的叫法，在Linux下我们的进程实际上叫做：task_struct。其中 task_struct 是 PCB 的一种。

标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其它进程。

状态：任务状态，退出码，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指针。

上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。

I/O状态信息：包括显示的IO请求，分配给进程的IO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，使用时钟数量总和，时间限制，记账号等。

其他信息

这里需要提及的一点就是程序计数器，我们CPU是如何知道我们当前行代码的下一行代码在哪个位置呢？比如当我们正在执行一个从1累加到100的程序：

很多人会误以为CPU很快，所以很聪明，其实 CPU非常 “笨”，因为CPU的工作内容就是：取指令 ——> 分析指令 ——> 执行指令，执行完成后，一直循环这几个步骤。

就像一个百米运动员，跑的很快，但是给他拿一套高数卷子，可能就让他头大了。

那么我们CPU是如何执行指令的呢？其实在CPU内部有一个名为 eip/pc 寄存器，这个寄存器被称为 pc指针（point code），这个pc指针会指向当前正在执行指令的下一条指令的地址！

那么也就是说，pc指针指向哪个代码块，哪个进程就会被执行！

进程里的这些其他属性我们往后会慢慢地接触，目前了解即可，我们可以先看一下在Linux源码当中，task_struct到底是什么样的：

展示的仅仅是task_struct 的一小段代码，而完整的task_struct 大约有几百行代码，篇幅有限，这里就不多展示了，有兴趣可以自己查阅Linux源码。

这里我想要说明的是，进程中的属性是非常多的，当然这些属性有着自己的用途，以后我们就会慢慢接触。

🚀内核运行队列

我们已经初步了解了进程，可是，当CPU想要去运行进程，该如何去运行这么多进程呢？其实在CPU内部，会给这些进程排个队，依次来执行这些进程，也就是所谓的运行队列。

内核的运行队列也是通过先描述，再组织的方式来实现的，先描述，将需要的进程数据与信息放在运行队列的结构体当中，再组织，创建结构体对象，对进程信息进行排队管理。

struct runqueue//内核运行队列

{

int count;//进程计数

PCB *head;//指向进程的头指针，以便于能够执行

//...其他属性信息

}

所以教材上所谓的 CPU让进程排队，就是让进程的PCB排队，而不是让进程的可执行程序去排队！

🚀查看进程

我们知道了进程的概念，那么我们想看看进程到底长什么样子，如何操作呢？我们可以使用：

ls /etc #在etc目录下查看进程

使用 ls 命令在 etc 目录下查看进程即可，当然也可以使用 ps 命令：

ps#查看当前正在运行的进程有哪些

可以看到当前运行的进程就是 bash 和 ps 命令，我们也可以查看更多进程，使用ps命令时，带上 ajx 或者 aux 选项：

ps ajx#或者ps aux都可

当然还有其他的查看进程的方法，这里就不再赘述了，有兴趣可以自己查资料。

🚀通过系统调用获取进程标识符

✈️父子进程

在开始上手实操之前，我们需要了解一下什么是父子进程：

在我们用ps命令查看系统的进程的时候，上面的属性信息就写着一个进程的父子进程的id：

其中的 PID就是该进程自己的id，PPID指的是该进程的父进程id，这也就是该进程的进程标识符，每个进程都有自己的唯一标识符。

✈️查看运行中的进程

首先我们要先创建一个C的源文件，编译生成可执行程序：

再配置makefile文件：

再形成可执行程序：

我们运行程序，当程序在执行的时候，这个可执行程序就变为了一个进程：

我们可以使用如下指令显示出进程的状态：

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 可执行程序 #使用命令行管道，将前面得到的信息向后传递

我们可以看到，当程序在运行时，我们可以看到，./mybin 出现在了进程状态栏里面，此时我们进程的 pid为13133，ppid为12693。当进程结束时，这个进程也就消失了。

不对啊，我不记得我们在写程序的时候有写父进程啊？这个父进程id是怎么来的？我们不妨对该父进程 ppid 进行 ps 一下：

ps 进程id#显示id进程的信息

其实这个程序的默认父进程是bash，这是因为：

bash是大多数 Linux 系统的登录 shell。当您登录到系统时，bash shell 会启动并等待输入命令。输入命令时，bash shell 会将其解析为一个可执行文件和一组参数，然后在bash上执行该可执行程序。

注意：./mybin下面的那个进程是grep的进程，因为在运行的时候，grep命令也变成了一个可执行程序，也是一个进程。

📒✏️ 总结

电脑上启动的一个个程序就是进程，更详细点：进程=内核数据结构+可执行程序

我们大部分人的电脑CPU只有一个，所以操作系统需要将很多进程进行管理，用到了运行队列

一个原始进程的父进程是bash

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