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进程——概念及状态

news 来源：原创 2025/7/18 1:03:57

概念

介绍

举例

进程状态

概念

解释

实例

孤儿进程

概念

介绍

大多数初学者会认为进程就是从硬盘加载到内存的可执行文件（当可执行文件被加载到内存里称为程序），实际上并不是这样的，进程其实是操作系统里进程控制块（PCB）和程序。进程控制块是进程的“灵魂”。

解释：

程序：它里面包含了代码和数据等
进程控制块：是操作系统用于管理进程的核心数据结构。其实就是描述进程的属性。PCB是统称，在Linux中具体是叫task_struct

补充：我列举几个进程控制块里的内容：

标识符：用于其它进程区分
状态：进程有运行、挂起、阻塞状态等
优先级：被CPU执行的先后顺序
程序计数器：程序中即将执行下一条指令的地址
内存指针：包括指向程序的代码和相关数据，还有和其它进程共享的内存块
上下文数据：是进程运行时的状态信息，用于进程切换时保存和恢复状态

因为OS要对进程进行管理，所以进程控制块要以双链表连接起来，这样对进程的管理，就变成了对双链表的增删查改。这其实就是我在上篇中提到的先描述再组织。

举例

其实，我们历史上执行的所有的指令，工具包括我们自己的程序运行起来就都是进程。下面我就带大家一起来看看。不过在此之前我先介绍一下getpid()这个函数，这是用于获取当前进程的id号。

通过使用man手册可以看到：

这是一个系统调用，并且知道了它在哪个头文件里，它下面的getppid()是用来获取父进程id的。pid_t是系统级类型，它表示一个有符号整数类型。

死循环是为了防止程序运行完进程自动结束，sleep是不想让printf打印太快。运行上面的代码就可以看到下面

我们可以通过/proc或者ps（这个后面在介绍）来查看进程。/proc是内存级文件，它实时改变。我们可以通过ls /proc来查看系统里所有进程

用cd /proc/pid可以进入到该进程里，用ll可以来查看进程的各种相关信息

上面的图仅仅只是一部分但是我要说一下cwd和exe，exe表示该可执行文件的位置，cwd表示进程的当前工作目录，这表示进程实际在这个目录开始执行的并且如果后续想创建文件（在不指定路径的情况下）会在当前工作目录中创建。

想结束进程可以用ctrl + c或者kill -9 pid，要注意ctrl + c杀不死后台进程。

linux中的进程都是父进程创建的，一个父进程可以有多个子进程

大家看每次重新启动该程序，它的pid是改变的但它的父进程是不变的。其实在linux中一般在终端输入命令其父进程一般都是bash。我们启动的这个程序它的父进程就是bash。

ps一般是用来查当前系统中的进程状态，-ef用来查详细信息。

光看子进程id和父进程id也挺没意思的，可以用fork()来创建一个进程。fork()也是一个系统调用，当是父进程时会返回子进程的pid，子进程时会返回0。可以看如下代码：

运行结果：

可以看到确实创建了一个进程，我相信大家一定会很疑惑，为什么fork要给父子返回两个不同的返回值？为什么它会返回两次？为什么既可以执行if也可以执行else if？一个一个来说哈。

fork要给父子返回两个不同的返回值，这是因为父 : 子=1 : n，父进程需要知道子进程的id用来对子进程进行管理和追踪，子进程只需要被创建后完成特定任务而已，返回值不同也是为了更好区分父子进程。

返回两次，返回语句是最后执行的，再返回前前子进程就已经被创建，创建后就会开始执行下面的内容。所以会返回两次，这其实就有点像浅拷贝。

上面的解释通了那为什么既可以执行if也可以执行else if就不难理解了。其实就是这样：

虽然它们是公用的，但进程具有独立性。如果一方的数据被修改，OS会在底层拷贝一份，让未修改数据一方用旧的，另一方用新的。这叫写时拷贝！

运行结果如下：

进程状态

概念

再具体介绍之前我得先解释一下之前提到的运行、挂起、阻塞。

运行：进程在调度队列时称为运行状态。调度是操作系统分配管理CPU等资源的机制。它决定众多进程谁能获取 CPU 执行，目标是兼顾公平性、高效性等。

你们可能会好奇task_struct不是以双链表的形式连接的吗？怎么就变成队列了，这个先放放我在后面的解释介绍。

阻塞：等待某种设备或者资源就绪

上图当进程被加载到CPU时，如果有一个scanf函数就会看看键盘有没有输入（看是否就绪），如果没有就会把task_struct给放入管理设备队列的wait_queue中，这就是阻塞状态，当就绪了就在放入调度队列中。

挂起：在内存在吃紧时，它会把进程的代码和数据给唤出到硬盘里的swap交换分区里，并在适当的时机唤入。

阻塞是主动等待资源和事件（如I/O完成），挂起是外部干预（如系统资源不足，用户手上暂停）。阻塞是进程的“被动等待”因依赖资源而暂停，保留内存，自动恢复。挂起是系统的“主动管理”为释放资源或人为控制而暂停，释放内存，需手动恢复。

进程状态的变化，表现之一，就是要在不同的队列中进行流动，其本质上就是数据结构的增删查改。

解释

我们认为的双链表是数据和前驱指针（prev）和后继指针（next），但在这里它把这两个指针放在一个结构体里，然后把这个结构体给放进task_struct里。这样的话就可以实现多种组织方式。

但是有的时候我们想访问task_struct的其它元素那就需要结构体的起始位置，那在创建一个元素用来存储起始位置？其实不用通过上面的结构体里的指针就可以算出来。具体如下：next/list - ((struct task_struct*)0 -> link)。link是task_struct里上面提到的结构体名，next/list表示结构体的地址，减去是因为在结构体里偏移量时逐渐增加的。

实例

在linux中具体有：R、S、D、T、t、X、Z这几种：

R：运行状态，进程在运行时或者在运行队列时
S：睡眠状态，其实也就是上面的阻塞状态
D：深度睡眠状态，即深度阻塞，通常由进程自己解除。为什么要存在它呢？就比如一个进程在向硬盘里拷贝内容，它处于阻塞状态，如果这时候内存紧张的话，OS是有可能直接把这个进程给结束的，如果它并没有拷贝完，但由于它结束了就没有人告诉用户，这就很糟糕了，所以才会有这个
T：暂停状态，表示进程已停止运行，通常是进程接收到了停止信号，他将不再占有CPU资源
t：暂停状态，它通常表示进程正在被调试器跟踪时暂停
X：结束状态，当进程执行完后就会是此状态
Z：僵尸状态，它在子进程在推出之后到父进程获得退出信息之前的时间段，如果父进程不读取退出信息那他就会一直存在

下面我带大家看看在Linux中各种状态。我们用ps来查看，选项a表示所有进程，j表示进程归属的进程组id、会话id、父进程id等，u表示以用户为中心的格式显示进程，提供进程的详细信息，如用户、CPU和内存使用信息。