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目錄

一、基本概念

1.1 概念提出

1.2 特征

二、描述進(jìn)程-PCB

2.1 什么是進(jìn)程控制塊PCB

2.2 task_struct內(nèi)容分類（成員）

2.3 進(jìn)程控制塊如何對進(jìn)程進(jìn)行管理的呢？

三、查看進(jìn)程

3.1 通過系統(tǒng)目錄查看

3.2 通過用戶級工具ps查看

四、通過系統(tǒng)調(diào)用獲取進(jìn)程標(biāo)識符（PID）

4.1 使用getpid和getppid

五、通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建進(jìn)程-fork初識

5.1 fork函數(shù)

5.2 fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程

六、Linux進(jìn)程狀態(tài)

七、兩種特殊進(jìn)程

7.1 僵尸進(jìn)程

7.2 孤兒進(jìn)程

一、基本概念

1.1 概念提出

進(jìn)程（Process）是計(jì)算機(jī)中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在早期面向進(jìn)程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中，進(jìn)程是程序的基本執(zhí)行實(shí)體；在當(dāng)代面向線程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中，進(jìn)程是線程的容器。程序是指令、數(shù)據(jù)及其組織形式的描述，進(jìn)程是程序的實(shí)體(百度百科)。

1.2 特征

• 動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的。
• 并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行
• 獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；
• 異步性：由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)
• 結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成。

多個(gè)不同的進(jìn)程可以包含相同的程序：一個(gè)程序在不同的數(shù)據(jù)集里就構(gòu)成不同的進(jìn)程，能得到不同的結(jié)果；但是執(zhí)行過程中，程序不能發(fā)生改變。

二、描述進(jìn)程-PCB

引入一個(gè)新概念: 進(jìn)程控制塊PCB（process control block）。PCB就是進(jìn)程屬性的集合（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），里面存儲的是進(jìn)程信息。

2.1 什么是進(jìn)程控制塊PCB

進(jìn)程信息被放在一個(gè)叫做進(jìn)程控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，可以理解為進(jìn)程屬性的集合，稱之為PCB（process control block），Linux操作系統(tǒng)下的PCB是: task_struct。

即task_struct是Linux內(nèi)核的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會被裝載到RAM（內(nèi)存）里并且包含進(jìn)程的信息。

2.2 task_struct內(nèi)容分類（成員）

• 標(biāo)示符（PID）： 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程（每次啟動(dòng)都會變化）。
• 狀態(tài)： 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等。
• 優(yōu)先級： 相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級。
• 程序計(jì)數(shù)器(pc)： 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)。
• I/O狀態(tài)信息： 包括顯示的I/O請求，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)鐘總和，時(shí)間限制，記賬號等。
• 其他信息

2.3 進(jìn)程控制塊如何對進(jìn)程進(jìn)行管理

• 磁盤中的可執(zhí)行程序在將要運(yùn)行時(shí)，所有的進(jìn)程中的數(shù)據(jù)（并不是程序本身）加載到內(nèi)存中，此時(shí)操作系統(tǒng)會建立起一個(gè)PCB來保存每一個(gè)程序的信息；
• 這個(gè)時(shí)候PCB就會對每一個(gè)進(jìn)程都建立起相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體（即進(jìn)程控制塊）將對應(yīng)的進(jìn)程的屬性、代碼等匹配的傳到這個(gè)結(jié)構(gòu)體中：（這就是先描述）
• 此時(shí)，操作系統(tǒng)就會將每一個(gè)進(jìn)程控制塊都連接起來，形成鏈表結(jié)構(gòu)，并返回頭結(jié)點(diǎn)。這樣便通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式將進(jìn)程的信息組織起來。

三、查看進(jìn)程

3.1 通過系統(tǒng)目錄查看

根目錄下的proc目錄，/proc下存儲著進(jìn)程信息。

目錄名為數(shù)字的即為進(jìn)程信息的目錄，每個(gè)目錄內(nèi)存儲著他們對應(yīng)的進(jìn)程信息。而這些數(shù)字對應(yīng)著該進(jìn)程的標(biāo)識符PID。如下查看標(biāo)識符PID=18964的進(jìn)程信息：

我們進(jìn)入進(jìn)程 18964進(jìn)程目錄

3.2 通過用戶級工具ps查看

實(shí)例：ps ajx/ps aux

該命令可以查看所有系統(tǒng)進(jìn)程。如下查看PID=18964的進(jìn)程信息

創(chuàng)建如下測試腳本并執(zhí)行

#!/bin/bash
 
proc_test()
{
	while(true)
	do
		echo "I am a process!"
		sleep 1
	done
}

proc_test

## 執(zhí)行
sh proc_test_18964.sh

另外通過指令對進(jìn)程進(jìn)行檢測，檢測它是否運(yùn)行：

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep  proc_test  | grep -v grep

這里grep實(shí)際也是進(jìn)程，且該進(jìn)程內(nèi)包含有proc_test的信息，所以也顯示出來了。-v選項(xiàng)是反向搜索的意思，即過濾掉包含有g(shù)rep內(nèi)容的信息。

• PPID (Parent Process ID)：代表這個(gè)進(jìn)程是由哪個(gè)進(jìn)程發(fā)展衍生而來的，亦即父進(jìn)程的代號
• PID (Process ID): 代表這個(gè)進(jìn)程的代號
• PGID(Process Group)：PGID就是進(jìn)程所屬的Group的Leader的PID，如果PGID=PID，那么該進(jìn)程是Group Leader
• SID(Session ID)：和PGID非常相似，SID就是進(jìn)程所屬的Session Leader的PID，如果SID==PID，那么該進(jìn)程是session leader
• TPGID：終端進(jìn)程組ID
• STAT：進(jìn)程狀態(tài)

四、通過系統(tǒng)調(diào)用獲取進(jìn)程標(biāo)識符（PID）

4.1 使用getpid和getppid

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
	pid_t id = getpid();
	while (1)
	{
		printf("I am a process!pid:%d\n", id);
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

執(zhí)行上面可執(zhí)行程序并運(yùn)行如下命令進(jìn)行監(jiān)控

while :; do   ps ajx | head -1 && ps ajx | grep  proc_test  | grep -v grep ; sleep 1;done

函數(shù)getppid（獲取父進(jìn)程的進(jìn)程標(biāo)識符），一般在Linux中普通進(jìn)程都有他的父進(jìn)程。

每一個(gè)子進(jìn)程都是由父進(jìn)程創(chuàng)建出來的。

子進(jìn)程只能有一個(gè)父進(jìn)程，父進(jìn)程可以有多個(gè)子進(jìn)程。每次執(zhí)行可執(zhí)行程序，進(jìn)程標(biāo)識符會改變，因?yàn)槊看味紩?chuàng)建新的進(jìn)程。

編寫如下測試代碼

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t id = getpid();
    pid_t fid = getppid();
    while (1)
    {
        printf("I am a process!pid:%d ppid:%d\n", id, fid);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

?執(zhí)行結(jié)果如下圖：

?多次執(zhí)行我們發(fā)現(xiàn)程序多次執(zhí)行子進(jìn)程每次都會創(chuàng)建新的新的進(jìn)程標(biāo)識符，父進(jìn)程標(biāo)識符沒有改變。如下父進(jìn)程是bash命令行解釋器。

五、通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建進(jìn)程-fork初識

5.1 fork函數(shù)

pid_t  fork(void);

?一個(gè)進(jìn)程包括代碼、數(shù)據(jù)和分配給進(jìn)程的資源。fork 函數(shù)會新生成一個(gè)進(jìn)程，調(diào)用 fork 函數(shù)的進(jìn)程為父進(jìn)程，新生成的進(jìn)程為子進(jìn)程。在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的 pid，在子進(jìn)程中返回 0，失敗返回-1。

5.2 fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程

創(chuàng)建測試代碼：?

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
 
int main()
{
    pid_t pid;
	printf("before fork : pid is : %d, ppid is : %d\n", getpid(), getppid());
 
	pid=fork();
 
	printf("after fork : pid is : %d, ppid is : %d, fork return %d\n", getpid(), getppid(),pid);
	sleep(2);
	return 0;
}

編譯后執(zhí)行

fork函數(shù)執(zhí)行后，后面的"after fork"執(zhí)行了兩次，8897作為父進(jìn)程創(chuàng)建了子進(jìn)程 8898。也就是說fork之后，代碼共享，從一個(gè)進(jìn)程分為兩個(gè)分支，一為父，一為子。

進(jìn)程調(diào)用fork，當(dāng)控制轉(zhuǎn)移到內(nèi)核中的fork代碼后，內(nèi)核會：

• 分配新的內(nèi)存塊和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進(jìn)程；
• 將父進(jìn)程部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝至子進(jìn)程；
• 添加子進(jìn)程到系統(tǒng)進(jìn)程列表當(dāng)中；
• fork返回，開始調(diào)度器調(diào)度；

所以，fork之前父進(jìn)程獨(dú)立執(zhí)行，fork之后父子兩個(gè)執(zhí)行流分別執(zhí)行。注意：fork之后誰先執(zhí)行完全由調(diào)度器決定。

fork它僅僅被調(diào)用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：

(1) 在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID；

(2）在子進(jìn)程中，fork返回0；

(3）如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，fork返回一個(gè)負(fù)值；

一個(gè)進(jìn)程調(diào)用fork（）函數(shù)后，系統(tǒng)先給新的進(jìn)程分配資源，例如存儲數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來的進(jìn)程的所有值都復(fù)制到新的新進(jìn)程中，只有少數(shù)值與原來的進(jìn)程的值不同。相當(dāng)于克隆了一個(gè)自己。

六、Linux進(jìn)程狀態(tài)

進(jìn)程狀態(tài)：

TASK_RUNNING：就緒/可運(yùn)行狀態(tài)

TASK_INTERRUPTABLE：進(jìn)程被掛起(睡眠)，直到等待條件為真被喚醒

TASK_UNINTERRUPTABLE：深度睡眠，睡眠期間不響應(yīng)信號

TASK_STOPPED：進(jìn)程的執(zhí)行被暫停

TASK_TRACED：被其它進(jìn)程跟蹤，常用于調(diào)試

EXIT_ZOMBIE：僵死狀態(tài)，進(jìn)程的執(zhí)行被終止

EXIT_DEAD：僵死撤銷狀態(tài)，防止wait類系統(tǒng)調(diào)用的競爭狀態(tài)發(fā)送

可以使用man ps 查看進(jìn)程狀態(tài) Ss、Sl、S+、Z、I 釋義

具體解釋如下：

• D (TASK_UNINTERRUPTIBLE) 不可中斷的睡眠狀態(tài)
• R (TASK_RUNNING) 正在運(yùn)行，或在隊(duì)列中的進(jìn)程
• S (TASK_INTERRUPTIBLE) ? ? 可中斷的睡眠狀態(tài)
• T (TASK_STOPPED) ? ?停止?fàn)顟B(tài)
• t (TASK_TRACED) 被跟蹤狀態(tài)
• Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE) 退出狀態(tài)，但沒被父進(jìn)程收尸，成為僵尸狀態(tài)
• W ? ? ? ? ? ?進(jìn)入內(nèi)存交換（從內(nèi)核2.6開始無效）
• X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD) ? 退出狀態(tài)，進(jìn)程即將被銷毀
• < ? ?高優(yōu)先級
• N ? ?低優(yōu)先級
• L ? ?有些頁被鎖進(jìn)內(nèi)存
• s ? ?包含子進(jìn)程

• 位于前臺的進(jìn)程組；
• l ? 多線程，克隆線程 ?multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)

七、兩種特殊進(jìn)程

7.1 僵尸進(jìn)程

1.僵死狀態(tài)（Zombies）是一個(gè)比較特殊的狀態(tài)。當(dāng)子進(jìn)程退出并且父進(jìn)程（使用wait()系統(tǒng)調(diào)用）沒有讀取到子進(jìn)程退出的返回代碼時(shí)就會產(chǎn)生僵死(尸)進(jìn)程

2.僵死進(jìn)程會以終止?fàn)顟B(tài)保持在進(jìn)程表中，并且會一直在等待父進(jìn)程讀取退出狀態(tài)代碼。

3.所以，只要子進(jìn)程退出，父進(jìn)程還在運(yùn)行，但父進(jìn)程沒有讀取子進(jìn)程狀態(tài)，子進(jìn)程進(jìn)入Z狀態(tài)

測試代碼 ：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if (id > 0) { //parent
        while(1)
        {
            printf("parent[%d] is sleeping...,ppid: %d\n", getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else {
        printf("child[%d] is begin Z...,ppid: %d\n", getpid(),getppid());
        sleep(5);
        exit(1);
    }
    return 0;
}

fork函數(shù)執(zhí)行后子進(jìn)程PID:15156 在5 s后exit(1)異常退出 ，父進(jìn)程15155沒有讀取到正常的退出代碼導(dǎo)致產(chǎn)生僵尸進(jìn)程。

進(jìn)程PID:15156的名稱加上了【】且后面跟著< defunct > （失效的）

7.2 孤兒進(jìn)程

修改代碼，讓子進(jìn)程和父進(jìn)程同時(shí)不間斷運(yùn)行

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id < 0) {
		perror("fork");
		return 1;
	}
	else if (id > 0) { //parent
             while(1)
             {
		printf("parent[%d] is sleeping...,ppid: %d\n", getpid(),getppid());
		sleep(1);
             }
	}
	else {
             while(1)
             {
		printf("child[%d] is begin Z...,ppid: %d\n", getpid(),getppid());
		sleep(1);
             }
	}
	return 0;
}

運(yùn)行

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep pro_test | grep -v grep ; sleep 1;done

監(jiān)控進(jìn)程狀態(tài)

殺掉父進(jìn)程(10552)，子進(jìn)程被編號為1的進(jìn)程接管，該1號進(jìn)程就是bash，而bash就是父進(jìn)程的父進(jìn)程，父進(jìn)程被殺死后，bash進(jìn)程就接管了子進(jìn)程，這種失去“爸爸”后被接管的進(jìn)程就被稱為孤兒進(jìn)程。且子進(jìn)程從前臺進(jìn)程變成了后臺進(jìn)程。

原文鏈接：fork函數(shù)詳解-CSDN博客

【Linux】進(jìn)程周邊001之進(jìn)程概念-CSDN博客

fork()函數(shù)詳解_fork函數(shù)-CSDN博客

原文鏈接：Linux進(jìn)程狀態(tài)_task_interrupt-CSDN博客文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-761221.html

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