Linux——进程（1）

一、前言

   本文为小伙伴们来带来Linux中有关进程的相关知识！

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二、正文

    在进行进程的讲解开始之前，我们需要先给大家铺垫两个概念，分别是**冯诺依曼体系结构和操作系统，即硬件和软件两个方面。**

2.1 冯诺依曼体系结构

    在生活中，我们常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。那么到底什么是冯诺依曼体系呢？大家可以看下下面这幅图。

截止目前为止，我们所认识的计算机，都是由一个个的硬件组成

● 输入单元：包括键盘, 鼠标，扫描仪, 写板等

● **中央处理器(CPU)**：含有运算器和控制器等

● 输出单元：显示器，打印机等

关于冯诺依曼体系结构，必须强调几点：

● 这里的存储器指的是内存

● 不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)

● 外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。

● 一句话，所有设备都只能直接和内存打交道

不过如果我们对冯诺依曼的理解倘若仅仅停留在概念上，是不够的。我们需要深入到对软件数据流理解上。下面我们以登上qq开始和某位朋友发消息为例来体现下冯诺依曼。

    在我们向朋友发消息这一过程中，第一步是我们需要向朋友发送信息，那么首先我们就需要向键盘这一输入设备读取到要发送的信息，然后我们CPU，即中央处理器向内存中读取到信息，再写入到输出设备网卡中；第二步就是朋友需要去接受我们的信息，他需要向输入设备网卡中读取信息，再通过CPU从内存中读取到数据，最后在输出设备，即显示器上输出出来我们所发送的信息。

2.2 操作系统

    冯诺依曼是硬件层面的，在软件层面我们就需要来到操作系统了。

    对于操作系统，我们需要解决这三个问题，分别是：**1.为什么要有操作系统 2.操作系统是什么 3.操作系统是怎么做的**

★为什么要有操作系统

    ●操作系统可以帮助用户，管理好下面的软硬件资源

    ●为了为用户提供一个良好（稳定、高效、安全）的执行环境

综合以上两点，我们就可以很好的回答我们为什么要有操作系统了，因为操作系统通过管理好底层的软硬件资源（手段），为用户提供一个良好的执行环境（目的）

★操作系统是什么

     **操作系统是一款进行管理的软件**，这里的管理既包括硬件也包括软件。

★操作系统是怎么办的，即如何进行管理

    首先我们要知道**所有访问操作系统的行为，都只能通过系统调用来完成**，这是因为在操作系统里面会有各种各样的数据，但是操作系统不相信任何用户。就像我们去去银行存取钱，我们只需要通过前面的柜台或者存取机来达到目的， 但是具体的实施是由银行来实现的。所以操作系统为了保证自己数据的安全，同时又为了保证给用户提供服务，操作系统以接口的方式为用户提供了调用的入口，来获取操作系统内部的数据，这些接口一般也是用C来实现的。

    然后，我们再来谈谈如何管理，所谓管理，无非是这六个字：**先描述，再组织**，就拿我们之前学的C++为例，我们都知道C++是一个面向对象的语言，我们学了类和STL。通过类我们就可以描述一个对象；通过STL中的各种容器，诸如vector，list等，我们就可以将对象组织起来。有了描述和组织这两步之后，我们就可以很方便的进行管理了，无论是添加一个对象，删除一个对象，还是对对象中的数据进行修改就都可以很方便的实现了。而操作系统也恰恰是这么做的，它通过**用struct结构体来描述起来，再通过链表或其他更高效的数据结构来组织。**

★系统调用和库函数概念

●在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分 由操作系统提供的接口，叫做系统调用。

●系统调用在使用上，功能比较基础，对用户的要求相对也比较高，所以，有心的开发者可以对部分系统 调用进行适度封装，从而形成库，有了库，就很有利于更上层用户或者开发者进行二次开发。

2.3进程

2.3.1基本概念

●课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等

●内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。用通俗的语言来说就是，进程=内核PCB数据结构对象+自己的代码和数据

2.3.2描述进程-PCB

●进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。

●课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct

task_struct-PCB的一种

●在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。

● task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

task_struct内容分类

● 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。

● 状态: 任务状态，退出代码，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的指针

● 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。

● I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O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，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。 其他信息

    这些分类，我们会在后面慢慢为大家进行讲解。

2.3.3组织进程

2.3.4查看进程-ps/top

  那么我们该如何去查看当前系统中有哪些进程？下面就为大家介绍两条指令

●ls /proc——进程的信息可以通过/proc这个系统文件夹来进行查看

●ps ajx

●top

当然大多数进程信息同样也可以使用top和ps这些用户级工具来获取

2.3.5 杀掉进程-kiil

** ●kill -9 对应进程PID**

    当我们有时候遇到一个进程，我们想要去杀掉这个进程通过上面这个指令

    下面给大家做个示范，首先我们先写的一个proc.c代码，在这个代码中我们会进行不断的进行打印，当这个进程开始执行后，我们该如何杀掉他呢？第一步我们先要查询到它的PID，这里我们通过ps axj | head -1 这条指令在获取进程信息的表头方便我们进行观看proc进程的对应信息，而 ps axj  |grep proc 则是利用文本过滤器将我们想要的关于proc的进程筛选出来，&&则是帮助我们执行上述两条指令 

不断循环打印

查询对应PID——161627

将对应进程杀死

我们可以看到当进程被杀死后会出现Killed

2.3.6通过系统调用获取进程标示符-getpid/getppid

** ●getpid( )**

** ●getppid( )**

    打印进程信息的时候，我们会发现PID和PPID，前者是进程id，后者是父进程id。

    通过上面的ps指令，我们已经能够获取到我们想要的任何一个进程的PID和他的父进程d的PPID，但是当们vim进入到文件的时候，就不能够再输入指令了，这时候我们就需要通过系统调用，即上面两个来获取PID与PPID。

就像我们平时调用printf函数的时候需要包含头文件<stdio.h>,对于上面两个，我们也可以看作函数，因此在使用的时候也需要包含它们的头文件，我们可以通过man指令来查询它们的手册，从而得到头文件

系统调用

2.3.7 通过系统调用创建进程-fork

** ●fork（）**

** **除了通过我们执行对应的指令来创建进程以外，我们还可以通过fork这个系统调用的接口来帮助我们创建进程。

同样的在使用fork，之前我们需要查询它被包含的头文件

接下来，我们就来编写一段代码来实验一下是否有进程被我们创建出来

通过运行后，我们会发现在屏幕上一共打印了三行，而多出来的那行恰恰就是在我们创建进程之后的那部分。这使因为当我们创建进程后，在folk()之后的代码会被这两个进程执行，因此也就出现了两次打印。

既然我们成功创建了进程，对于创建的新进程和老进程我们该如何去判断呢？别担心，对于fork（）这个接口，他有两个返回值，通过手册，我们可以知道返回值是0的为子进程，而老进程则会返回原来的进程的PID

既然这样我们就能通过不同的返回值来查看这两个进程的进程信息，进一步的，我们也可以在两个进程中实现不同的操作。

我们会发现当我们使用fork接口创建新进程后，新进程是以原来的进程为父进程的。

三、结语

       到此为止，关于进程（1）的讲解就告一段落了，至于进程的剩余内容会在后面的文章中进行讲解，小伙伴们敬请期待呀！

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