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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
相关知识**
一、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
**
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
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
二、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**
**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
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：
**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
三、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
相关知识属于
进程管理
板块
进程：
- 我们以前的任何启动并运行程序的行为，都是由
操作系统帮助我们将程序转换为进程，然后完成特定任务 - 一般课本定义：
进程是程序的一个执行实例，是正在执行的程序（这种说法不全面） - 正确定义：
进程由两边组成，分别是相关代码和数据和内核关于进程的相关数据结构
**也就是说，一个
进程
应该有两部分，
数据
与
信息
，此处的
信息(进程控制块)
是由
操作系统
对代码和数据进行描述后生成的
信息块
，原因很简单，方便进行管理，而这就是管理本质的体现：** 先描述，再组织
我们对
进程
的相关学习是建立在
进程控制块
上的，上面包含了其对应
进程
的各种信息，下面就来学习一下
数据
与
信息
这两部分知识吧
3.1 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**
**当可执行程序
mytest
运行时，各种数据就会被描述，生成相应的进程控制块**
3.2 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
**
四、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
4.1 ps 指令
ps ajx |head-1&&ps ajx |grep 进程名 |grep-vgrep
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
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;}
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：**
mytest:test.c
gcc $^ -o$@-g
.PHONY:clean
clean:
rm-rf mytest
.PHONY:catP
catP:
ps ajx |head-1&&ps ajx |grep mytest |grep-vgrep
其中的
make catP
指令就是我们刚刚查看
进程
的那一大串指令
4.2 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**
4.3 /proc 目录
/proc/
此时可以看出
PID
存在的重要性
4.4 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：
感兴趣的同学可以去看看
bash
进程的目录中有什么内容
4.5 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
五、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：
**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：
**
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**
**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
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**
**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
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