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進(jìn)程概念

什么是進(jìn)程？

進(jìn)程是什么？我們打開任務(wù)管理器可以看到有很多的程序正在運(yùn)行狀態(tài)，并且上面寫著進(jìn)程二字。難道進(jìn)程就是指這些被運(yùn)行起來的程序嗎？課本上對(duì)于進(jìn)程是這么說的：程序的一個(gè)執(zhí)行實(shí)例，正在執(zhí)行的程序等。

windows下的進(jìn)程

但是實(shí)際上這種說法并不完全準(zhǔn)確？（舉個(gè)例子，一個(gè)僅僅進(jìn)入學(xué)校的人，并不能算是這個(gè)學(xué)校的學(xué)生，只有這個(gè)人的信息被加載到學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)，并且被這個(gè)學(xué)校所管理的人，才稱得上學(xué)生。這里的學(xué)校就是指內(nèi)存，數(shù)據(jù)只有加載到內(nèi)存，并被OS所管理，這才算是一個(gè)完整的進(jìn)程）。

os管理進(jìn)程

在前文我們知道了cpu一般不會(huì)與外設(shè)進(jìn)行直接溝通，而是與內(nèi)存打交道。所以我們?cè)诖疟P上的程序被運(yùn)行時(shí)，要將數(shù)據(jù)與代碼加載到內(nèi)存中。由操作系統(tǒng)來進(jìn)行管理。具體怎么來管理呢？先描述，再組織。

所謂的先描述實(shí)際上是指OS會(huì)用一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)體（PCB/task_struct）來提取該進(jìn)程的各種屬性（這里的屬性與加載到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與代碼無關(guān)，或者說僅僅只有一點(diǎn)點(diǎn)的關(guān)系，即可以通過對(duì)應(yīng)的 task_struct找到該進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)）。組織是指OS會(huì)以鏈表或者其它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將各個(gè)task_struct組織起來，方便管理。（對(duì)進(jìn)程的修改--->對(duì)鏈表或者其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改，比如我們結(jié)束一個(gè)進(jìn)程，實(shí)際上就是刪掉數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的pcb）

★上面啰嗦一大堆，無非就是說兩個(gè)事：

• 結(jié)論一：進(jìn)程=os內(nèi)核關(guān)于該進(jìn)程的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PCB/task_struct）+當(dāng)前程序加載到內(nèi)存的代碼與數(shù)據(jù)。

• 結(jié)論二：OS如何管理進(jìn)程？先描述（pcb/task_struct），再組織(鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

PCB — 進(jìn)程控制塊

進(jìn)程需要被OS管理，管理的本質(zhì)就是先描述，再組織。而PCB就是用來描述進(jìn)程的一種特定結(jié)構(gòu)體。在Linux系統(tǒng)下的PCB就是task_struct。

task_struct內(nèi)容分類

task_struct結(jié)構(gòu)體中主要包含了以下信息，了解一下即可：

標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。
狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號(hào)等。
優(yōu)先級(jí): 相對(duì)于其他進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。
程序計(jì)數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。
內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時(shí)處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)[休學(xué)例子，要加圖CPU，寄存器]。
I／O狀態(tài)信息: 包括顯示的I/O請(qǐng)求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。
記賬信息: 可能包括處理器時(shí)間總和，使用的時(shí)鐘數(shù)總和，時(shí)間限制，記賬號(hào)等。
其他信息

如何查看進(jìn)程

第一種方法：通過ps指令

我們輸入ps axj就可以查看當(dāng)前所有進(jìn)程信息，同時(shí)，由于進(jìn)程信息較多，我們可以利用之前學(xué)過的管道，以及grep用來篩選過濾，從而拿到我們想要的進(jìn)程信息。（ps -l可以查看當(dāng)前bash下的進(jìn)程信息）如下：

第二種方法：通過函數(shù)getpid（）

在上面task_struct內(nèi)容中，有一個(gè)是標(biāo)識(shí)符，用來區(qū)分其他進(jìn)程。這里的標(biāo)識(shí)符，實(shí)際就是指PID。每一個(gè)進(jìn)程都有自己的pid，并且每一次運(yùn)行，pid的值都會(huì)發(fā)生變化（一般都是逐漸遞增，當(dāng)下一次重新登陸時(shí)，又是隨機(jī)值）。

而我們可以通過系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)getpid()來獲取當(dāng)前進(jìn)程的pid。我們可以用man手冊(cè)來查詢getpid（）的使用。我們可以通過如下的簡(jiǎn)單代碼來驗(yàn)證。

#include<stdio.h>
//頭文件包含
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{while(1){//獲取當(dāng)前進(jìn)程pidprintf("hello world,我的pid:%d\n",getpid());                                             sleep(1);                                                                     }                                                                               return 0;                                                                       } 

第三種方法：在路徑/proc下查看

事實(shí)上，我們?cè)趫?zhí)行一個(gè)程序時(shí)，會(huì)在/proc目錄下生成一個(gè)以當(dāng)前程序的pid命名的目錄文件，該目錄文件內(nèi)包含了當(dāng)前進(jìn)程的所有信息。并且還有一個(gè)特點(diǎn)：當(dāng)該程序停止運(yùn)行時(shí)，以pid命名的文件會(huì)自動(dòng)銷毀。

如何中止進(jìn)程

★三種方法：

• 我們可以通過指令kill -9進(jìn)程pid來中止進(jìn)程

• 通過熱鍵ctrl c來中止當(dāng)前進(jìn)程

• 通過指令killall 進(jìn)程名稱 來中止進(jìn)程

三種方式終止進(jìn)程

父子進(jìn)程

PPID

進(jìn)程之間存在父子關(guān)系，我們知道，bash是命令行解釋器，當(dāng)我們?cè)诿钚休斎胫噶顖?zhí)行一個(gè)進(jìn)程時(shí)，我們執(zhí)行的進(jìn)程就是bash的子進(jìn)程。究竟是否如我們所說？我們可以驗(yàn)證一下，當(dāng)然，在此之前我們要先談一下PPID，PPID就是當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程的pid。

fork創(chuàng)建子進(jìn)程

我們也可以通過系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)fork用來給當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程。我們用man手冊(cè)查詢fork的用法。

我們可以通過如下代碼來進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h> 
int main()
{//我們用ret來接受fork的返回值pid_t ret=fork();assert(ret!=-1);//斷言一下//我們通常使用if語句，用來進(jìn)行執(zhí)行流分流if(ret == 0)                            {           while(1){       //此時(shí)是子進(jìn)程,fork給子進(jìn)程返回0printf("我是子進(jìn)程，pid:%d,ppid:%d,ret:%d,&ret:%p\n",getpid(),getppid(),ret,&ret);        sleep(1);                                                                         }          }  else if(ret >0){              while(1){       //此時(shí)是父進(jìn)程，fork給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pidprintf("我是父進(jìn)程，pid:%d,ppid:%d,ret:%d,&ret:%p\n",getpid(),getppid(),ret,&ret);sleep(1);                                                                         }          }return 0;}

運(yùn)行結(jié)果

我們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)如此，不過這里有一個(gè)疑問，為什么ret的地址相同，但是ret的值卻不相同呢？我們從未見過這種現(xiàn)象：同一個(gè)變量竟然有兩個(gè)返回值。這是為什么呢?實(shí)際上，我們?cè)诤瘮?shù)的最后有一個(gè)return 0，而fork之后的代碼是父子進(jìn)程共享的，也就是說，return這個(gè)語句被執(zhí)行了兩次，并且當(dāng)return執(zhí)行時(shí)，函數(shù)體內(nèi)部是已經(jīng)執(zhí)行完了的。所以會(huì)有兩個(gè)返回值。

為了驗(yàn)證fork之后的代碼，被父子進(jìn)程共享，我們可以寫一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的代碼用來測(cè)試一下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main(){int ret = fork();//這里只有一個(gè)printfprintf("hello proc,pid:%d,ppid:%d,ret:%d\n", getpid(),getppid(),ret);                          sleep(1);return 0;}

運(yùn)行結(jié)果

我們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)如此。不僅如此，進(jìn)程還具有獨(dú)立性，我們可以定義一個(gè)全局變量，父進(jìn)程對(duì)

全局變量進(jìn)行修改，我們發(fā)現(xiàn)不會(huì)影響到子進(jìn)程中的那個(gè)全局變量。我們也可以進(jìn)行驗(yàn)證：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
//定義全局變量
int a=100;
int main(){pid_t ret=fork();if(ret == 0){while(1){//子進(jìn)程，不對(duì)a做修改printf("我是子進(jìn)程，a=%d,&a=:%p\n",a,&a);sleep(1);}}else {while(1){//父進(jìn)程,對(duì)全局變量a進(jìn)行修改                                                            a+=100;//假如進(jìn)程不具有獨(dú)立性，那么父進(jìn)程的修改也會(huì)影響子進(jìn)程，究竟會(huì)不會(huì)呢？printf("我是父進(jìn)程，a=%d,&a=:%p\n",a,&a);sleep(1);}}return 0;}

結(jié)果

我們發(fā)現(xiàn)確實(shí)如此，不過為什么同一個(gè)地址，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行修改卻不會(huì)互相影響呢？實(shí)際上這里的地址并不是真正的物理地址，并且當(dāng)進(jìn)程嘗試對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，還會(huì)觸發(fā)寫時(shí)拷貝。（具體放在后面進(jìn)程地址空間章節(jié)詳細(xì)講解）。

總結(jié)

★上面寫了這么多，總結(jié)如下：

• 命令行啟動(dòng)的程序，都會(huì)變成bash的子進(jìn)程

• 我們可以通過fork為當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程，fork的返回值給子進(jìn)程返回0，給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pid，創(chuàng)建進(jìn)程失敗時(shí)返回-1

• fork之后的代碼被父子進(jìn)程共享（但是誰先運(yùn)行不確定）

• 進(jìn)程具有獨(dú)立性，父子進(jìn)程也是如此，對(duì)其中一個(gè)進(jìn)程的修改不會(huì)影響另一個(gè)進(jìn)程

• 獨(dú)立性體現(xiàn)在兩方面：1、代碼方面是可讀的

2、數(shù)據(jù)方面，當(dāng)一個(gè)執(zhí)行流嘗試修改數(shù)據(jù)時(shí)，OS會(huì)給我們的進(jìn)程觸發(fā)寫時(shí)拷貝（后面章節(jié)詳細(xì)講解）。

end.

生活原本沉悶，但跑起來就會(huì)有風(fēng)！🌹