Linux进程学习【一】

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Perseverance is not a long race; it is many short races one after another.- 毅力不是一场漫长的比赛;是许多短跑一个接一个。

文章目录

📘前言

进程

是计算机中的重要概念，每个运行中的程序都有属于自己的

进程

信息，操作系统可以根据这些信息来进行任务管理，比如在我们Windows中的任务管理器中，可以看到各种运行中的任务信息，这些任务就可以称之为

进程

，简单的

进程

二字后面包含着许多知识，比如为什么OS需要对任务进行管理、任务信息是如何组成的、如何创建新任务等，下面我将带大家从

冯诺依曼

结构体系开始，理解学习

进程

📘正文

📖冯诺依曼体系

**我们今天所有的计算机都离不开

冯诺依曼

体系，这位伟大的计算机科学家早在二十世纪四十年代就提出了这种结构，即计算机应由五部分组成：

输入设备

、

存储器

、

运算器

、

控制器

、

输出设备

冯诺依曼体系
各组成部分举例：

输入设备：键盘、鼠标、声卡、网卡、摄像头 等
输出设备：显示屏、喇叭、网卡、打印机 等
存储器：只读存储器、随机存取存储器
运算器+控制器：CPU中央处理器

注意：**

输入、输出设备

称为外围设备，即

外设

，而

外设

一般都会比较慢，比如磁盘；

CPU中央处理

的速度是最快的，通过与

存储器

的配合，可以做到高效率处理数据；如果没有

存储器

的存在，那么计算机的整体效率就取决于

外设

，正是因为

存储器

的存在，可以对数据进行预加载，

CPU

计算时，直接向

存储器

要数据就行了，效率很高。**

冯诺依曼和奥本海默在第一台计算机前的合影

冯诺依曼

体系的高明之处在于可以大大提高计算机的运算效率，得益于

存储器

这个关键部件**

结论：

在数据层面，一般 CPU 不和 外设 直接沟通，而是直接和 内存(存储器) 打交道程序必须先加载到 内存 中，这是由硬件体系决定的
外设 只会和 内存 打交道

📖系统管理

**有了计算机体系后，就需要

操作系统(OS)

对计算机进行管理，就像一个庞大的学校中会有各种教职工，当然计算器是否好用是很大程度上取决于

操作系统

是否给力**

校园管理
**回归正文，先说结论：

操作系统

是一款进行软硬件资源管理的软件**

我们普通用户无法直接与计算机中的硬件打交道，也就是说，在没有

操作系统

的情况下，我们几乎是无法使用计算机的，于是一些计算机大牛就创造出了各种好用的

操作系统

举些栗子：

最经典的 Unix 操作系统
我们学习的 Linux 操作系统
市面上流通最广的 Windows 操作系统
高效精致的 Mac 操作系统，基于 Unix
生态丰富的 Android 操作系统，基于 Linux
还有很多操作系统，这里就不一一列举，或许下一个操作系统就由你创造

操作系统
**

操作系统

管理的本质：**先描述，再组织

描述：通过 struct 结构体对各种数据进行描述
组织：通过 链表 等高效的数据结构对数据进行组织管理

比如在
Linux
中是通过
链表
这种数据结构来进行数据组织的

大体逻辑：

操作系统

硬件驱动

硬件

具体的逻辑如下图所示：
系统分层
**我们开发者位于

用户

这一层，开发各种功能，提供给上一层的

用户群体

使用**

操作系统的目的：

操作系统 是一个极其庞大的系统，操作系统 通过对下管理好软硬件资源的手段，对上给用户提供良好（安全、稳定、高效、功能丰富等）的执行环境，这是 操作系统 的目的

注意：

操作系统 给我们提供非常良好的服务，并不代表 操作系统 会相信我们，反而，操作系统 不相信任何人
举例理解：就好比银行给我们提供良好的服务，但所有服务都是基于一个小小的柜台窗口，因为银行在为我们提供服务时要确保自身的安全，因此银行的服务是基于 窗口 进行的
在 操作系统 中也有类似的 窗口，不过它被称为 系统调用，也就是 系统接口

📖进程理解

**有了

操作系统

相关知识的铺垫后，就可以正式开始介绍

进程

了**

我们可以将

操作系统

的职能分为四大板块

内存管理
进程管理
文件管理
驱动管理

本文探讨的

进程

📃代码与数据

数据生万物，**任何一个进程都有自己的代码和数据，比如我们常见的

C语言

源文件，经过编译后生成的可执行程序中，就包含着二进制代码和其创建修改的时间、所处位置信息**

查看进程数据
**当可执行程序

myprocess

运行时，各种数据就会被描述，生成相应的进程控制块**

📃进程控制块

**进程控制块即

PCB(process control block)

，

Linux

中的

PCB

是

task_struct

，程序会被描述生成相应的

task_struct

装载至

内存

中**

进程控制块包含内容：

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
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

注：**

./可执行程序

其实就是将可执行程序加载至内存中，再执行

描述+组织

📖查看进程

我们可以通过指令来查看正在运行中的进程信息

📃ps 指令

$ ps ajx | head -1&& ps ajx | grep 进程名 | grep -v grep

功能： 查看进程信息，其中利用管道进行了信息筛选，使得进程信息更加清晰

查看进程信息
注意：**我们可以通过函数来主动查看进程的

PID

//函数：获取当前进程PID值#include<unistd.h>#include<sys/types.h>pid_tgetpid(void);

将程序简单编写下，就可以验证进程块中的进程信息了

#include<stdio.h>#include<unistd.h>//Linux中睡眠函数的头文件#include<sys/types.h>intmain(){int sec =0;while(1){printf("这是一个进程，已经运行了%d秒 当前进程的PID为:%zu\n", sec,getpid());sleep(1);//单位是秒，睡眠一秒
    sec++;}return0;}

查看PID
注：**当程序重新运行后，会生成新的

PID

**因为查看进程的指令太长了，所以我们可以结合前面学的自动化构建工具

make

，编写一个

Makefile

文件，文件内容如下所示：**

myprocess:process.c
        gcc -o myprocess process.c

.PHONY:clean
clean:
        rm -r myprocess

.PHONY:catP
catP:
        ps ajx | head -1&& ps ajx | grep myprocess | grep -v grep

其中的

make catP

指令就是我们刚刚查看

进程

的那一大串指令
自动化构建

📃top 指令

$ top

**这个指令之前有介绍过，相当于Windows中的

ctrl+alt+del

调出任务管理器一样，

top

指令能直接调起

Linux

中的任务管理器，显然，任务管理器中包含有进程相关信息**

进程信息

📃/proc 目录

$ /proc/

**注意：通过热键

tab

查看目录内容**

**除了上面两种指令查看进程信息外，我们还可以直接去

/proc

这个目录下查看所有进程信息**

目录下查看

此时可以看出

PID

存在的重要性

📃父子进程

**进程间存在

父子关系

比如在当前

bash

分支下运行程序，那么程序的

父进程

就是当前

bash

分支

**其中，

PID

是当前进程的ID，

PPID

就是当前进程所属

父进程

的ID**
我们一样可以通过函数来查看

父进程

的ID值

//函数：获取当前进程PPID值#include<unistd.h>#include<sys/types.h>pid_tgetppid(void);//用法跟上面的函数完全一样

同样对代码进行小修改，执行指令查看进程信息，可以得到如下结果：
父子进程
感兴趣的同学可以去看看

bash

进程的目录中有什么内容

📃小结

简单总结一下：

我们可以通过 ps、top、/proc 查看进程信息
可以利用函数查看当前进程的 PID 或 PPID 值
如果指令很长，可以利用 Makefile 文件
进程间存在父子关系，默认进程的父进程为 bash

注：

进程可以创建也可以销毁，通过指令 kill -9 PID 可以销毁指定进程，包括 bash，当然这个指令需要在新的窗口中执行
也可以通过热键 ctrl+c 强制终止当前进程的运行

📖fork 创建子进程

/*
* 创建子进程
* 这个函数有两个返回值
* 进程创建成功时，给父进程返回子进程的PID，给子进程返回0
* 创建失败时，返回 -1
*/intfork(void)

fork

函数是一个非常重要的函数，它能在当前进程下主动创建

子进程

，用于程序中**
编写代码如下：

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>/*
 * 测试fork创建子进程
 * 理解fork函数的返回值
 * 通过if语句进行分流
 * 总结：fork创建子进程成功时，给父进程返回子进程PID，给子进程返回0，
 如果失败返回-1；通过两次fork可以发现当父进程执行后，才会去执行子进程，
 父子进程间存在独立性，即父进程被kill后，子进程任然可以运行,父子进程间存在写时拷贝机制，
 当子进程的值发生改变时，只会作用于子进程中
 */intmain(){pid_t ret =fork();//获取返回值int val =1;//比较值if(ret ==0){//在子进程内再创建(孙)子进程pid_t rett =fork();if(rett >0){while(1){
        val =2;//写时拷贝printf("二代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n",getpid(),getppid(), val,&val);sleep(1);}}elseif(rett ==0){while(1){
        val =3;//写时拷贝printf("三代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n",getpid(),getppid(), val,&val);sleep(1);}}elseprintf("进程创建失败\n");}elseif(ret >0){while(1){
        val =1;//写时拷贝printf("一代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n",getpid(),getppid(), val,&val);sleep(1);}}elseprintf("进程创建失败\n");return0;}

程序运行结果如下：
fork
**不难发现，

子进程

是否出现取决于在当前进程中是否调用

fork

函数**

fork

函数工作原理：**

fork 创建子进程时，会新建一个属于 子进程 的 PCB ，然后把 父进程 PCB 的大部分数据拷贝过来使用，两者共享一份代码和数据

各进程间是相互独立的，包括父子进程
这句话的含义是当我们销毁

父进程

后，它所创建的

子进程

并不会跟着被销毁，而是被

init

1号进程接管，成为一个

孤儿进程

具体表现如下：
孤儿进程
**

fork

创建子进程时还存在

写时拷贝

这种现象，即存在一个全局变量，当父进程的改变值时，不会影响子进程的值，同理子进程也不会影响父进程，再次印证

相互独立

这个现象**
写时拷贝
**父子进程

相互独立

的原因：**

代码是只读的，两者互不影响
数据：当其中一个执行流尝试修改数据时，OS 会给当前进程触发 写时拷贝 机制

**以上只是对

fork

函数的一个简单介绍，关于这个函数底层是如何实现的，是一件较复杂的事，限于篇幅原因，我会在以后对此函数进行补充**

简单做个小结
进程小结：

bash 命令行解释器本质上也是一个进程，可以被销毁
命令行启动的所有程序，最终都会变成进程，而该进程对应的父进程都是 bash
父进程被销毁后，子进程会变成 孤儿进程
进程间具有独立性，包括父子进程
因为 写时拷贝 机制，父进程不会影响到子进程

📘总结

**以上就是本文关于

进程

Linux进程学习【一】

文章目录

📘前言

📘正文

📖冯诺依曼体系

📖系统管理

📖进程理解

📃代码与数据

📃进程控制块

📖查看进程

📃ps 指令

📃top 指令

📃/proc 目录

📃父子进程

📃小结

📖fork 创建子进程

📘总结

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