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【Linux】进程的基本概念

news 来源：原创 2025/6/3 21:16:12

概念
描述进程-PCB
如何查看进程
- 通过系统目录进行查看
- 通过ps指令进行查看
通过系统调用获取进程的PID和PPID(进程标⽰符)
通过系统调用创建子进程
- 通过一段代码来介绍fork
- - 为什么要有子进程？
  - fork为什么给子进程返回0，给父进程返回子进程的PID
  - fork函数到底做了啥？
  - 一个函数是如何做到返回两次的？
  - 一个变量为什么会有不同的内容？
  - 通过fork来理解bash的命令行是如何来工作的？
end

概念

课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。(就是执行任务)
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

我们写完代码后经过编译和链接后形成一个可执行文件，打开这个可执行文件就会加载到内存中交给CPU处理，CPU才能对其进行逐行的语句执行，而一旦将这个程序加载到内存后，我们就不应该将这个程序再叫做程序了，严格意义上将应该将其称之为进程。

描述进程-PCB

系统当中可以同时存在大量进程，使用命令ps aux便可以显示系统当中存在的进程。
而我们开机第一个运行的就是操作系统，运行操作系统就是一个进程。我们都知道操作系统是软件和硬件的管理者，那么进程也是操作系统来管理的。那么操作系统到底是如何来管理进程的呢？
这时我们就应该想到管理的六字真言：先描述，再组织t操作系统也是一样的，操作系统并不需要直接的和进程见面进行管理，而是对进程的属性进行描述，而操作系统只需要对这些描述的信息进行管理就行了。
那么描述进程属性是存放在哪里的呢。他是存放在一个叫做PCB的数据结构中，在Linux操作系统下，我们把他称为task_struct.
操作系统将每一个进程都进行描述，形成了一个个的进程控制块（PCB），并将这些PCB以双链表的形式组织起来。

把这些PCB用双链表组织起来，那么我们只需要遍历双链表就可以访问到所有的PCB，如果我们要删除某个进程的信息，就是删除双链表对应的节点，所以对进程的管理实际上就是数据结构的增删查改。

如何查看进程

通过系统目录进行查看

在根目录下有一个叫做proc的文件，这里面就是我们Linux下的所有进程
这些进程的名字有的名字是一个数字，这些数字其实就是进程的PID（可以理解为身份证）
如果我们想要查看进程的信息，就可以用ls指令来显示这些文件，这就是进程的信息

通过ps指令进行查看

单独使用ps命令，会显示所有进程信息。
ps命令与grep命令搭配使用，即可只显示某一进程的信息。

ps aux | head -1 && ps aux | grep proc

解释一下这个命令，ps aux拿到所有进程信息, |是管道，意思是把ps aux拿到的数据的输出作为 head -1 的输入，head -1 表示只取输入内容的第一行，也就是进程信息列表的表头，比如 F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD 。交给下个指令
&& ：是逻辑与操作符，表示只有当左边的指令执行成功的时候才执行右边的指令
ps aux | grep proc，当ps aux执行成功列出了所有的进程信息后把他的输出(所有的进程信息)作为给grep指令的输入，grep去查找这些进程信息中，proc名字的进程

通过系统调用获取进程的PID和PPID(进程标⽰符)

通过使用系统调用函数，getpid（自己的身份）和getppid(父进程的身份)即可分别获取进程的PID和PPID。
我们可以通过一段代码来进行测试。
当运行该代码生成的可执行程序后，便可循环打印该进程的PID和PPID。

通过系统调用创建子进程

通过一段代码来介绍fork

在这里插入图片描述

这个时候你会发现，if和else if居然在同时运行

这是为啥呢？在我们写过的程序中，怎么可能同时满足if又满足else if, 接下来我们就要对于这个现象进行剖析

为什么要有子进程？

之所有要有子进程，其实就是父进程想让子进程去绑他做一些事情，也就是说在父进程做事情的同时，子进程也可以同时做事情，父进程和子进程分别去做不同的事情。那我们说完成一个任务总有知道是谁完成的吧，所以子进程和父进程都要有一个返回值。用来区分这个进程是子进程还是父进程。

解决方法就是fork要有两个返回值！！——>所以返回不同的值的意义是为了区分不同的执行流，让父进程和子进程分别执行不同的代码块！！

fork为什么给子进程返回0，给父进程返回子进程的PID

因为在Linux系统中父进程和子进程的关系是1:n的，也就是说父进程可以有1个或多个子进程，但是子进程的父进程只能有1个。父进程如果有多个子进程，那么这个父进程就要通过这些子进程的pid来区分不同的子进程进行管理。而如果是子进程为啥返回0，因为子进程不需要父进程的pid，他可以通过getpid这个函数来获得。

fork函数到底做了啥？

因为fork函数会创建一个进程，而进程=（内核数据结果）+代码和数据，所以首先：
1. 创建一个task_struct结构体
2. 吧进程的属性填写到task_struct里面
3. 让子进程和父进程指向同样的代码，因为子进程继承了父进程的大多数属性。(跟子进程拷贝父进程的PCB有一定的关系，就是继承了pcb里面的属性，还有进程的地址空间，页表这些)，所以这里fork创建子进程后的代码是父进程和子进程共享的，那么return就会return两次，父进程return1次，子进程return1次。
4. 这个时候补充一个知识：因为进程之间具有独立性，也就是说进程之间不能互相影响（比如说我关掉了洛谷这个进程并不影响我在爱奇艺上看电视），所以上面fork函数返回两次给id这个变量就会导致子进程修改一次，父进程修改一次。
5. 这个时候就发生了写时拷贝

任何平台，进程都是具有独立性的，在子进程和进程共享代码的时候，因为代码是只读的，这是没有问题的。但是数据就不一样了，数据可以修改。那这个时候数据也是共享的，他们其中的一个改了数据就不行了。所以说，我们的子进程/父进程如果想要修改数据，就要想办法把修改的数据拷贝一份出来，让其指向新拷贝出来的那一块数据。这样才能做到进程之间互相不影响

一个函数是如何做到返回两次的？

父子的代码是共享的，所以return ret也是属于代码，因此父子进程各返回了一次！

一个变量为什么会有不同的内容？

这就是因为子进程修改了数据导致触发了写时拷贝，导致一个变量会有两个值。但是有人说不对呀，变量地址不都是一样的吗？一个物理地址，怎么会有两个值？这就要等我后面说虚拟地址空间的时候来解释了
但是要注意的是，子进程被创建好之后，究竟是先运行子进程还是先运行父进程，其实是由调度器（因为CPU只有一个，所以他的作用就是在当前进程中选一个合适的放到CPU中，进程之间会竞争CPU资源，所以调度器会遵循着自己的一套原则来保证进程之间的公平性）这个后面我会在进程优先级讲解

通过fork来理解bash的命令行是如何来工作的？

bash这个进程主要是用于做命令行解析的工作，bash创建一个子进程来替他执行指令操作，因为进程的独立性就是子进程失败了也不会影响bash这个进程。这样就达到了让bash这个进程专注于命令行解释的工作。
什么事命令行解释？