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6、进程理论和简单进程创建

news 来源：原创 2025/7/19 7:42:28

二、进程模型

严格来说，一个CPU核心在任一时刻仅能执行一个线程的任务，即便是系统配置有双核心（或更多CPU）时，每个核心也是独立地且一次仅执行一个线程。

进程的组成
1、代码段和相关数据段
2、PCB（进程控制块）
2.1、PCB包含的信息
①进程标识符PID
②进程控制管理信息
③资源清单
④进程调度信息
⑤处理机状态
2.2、PCB是什么？
①是一个数据结构
②描述进程的基本情况和运行状态
③为管理和控制提供数据依据

从抽象的角度看，每个进程似乎都配备了专属的虚拟CPU以支持其独立执行，但物理程度上，CPU通过时间片机制在多个进程间进行快速切换，从而并发执行的假象。【简而言之：抽象看是每个进程都有一个CPU；物理上看是只有一个CPU供所有进程使用，进程用时间片机制来快速切换，像并发一样。】
如下图【物理上看】：

在这里插入图片描述

如下图【抽象上看】

在这里插入图片描述

所以可以发现：
- 在经历足够长的一段时间后，所有的进程都运行了，但实际上在任何一个给定的瞬间仅有一个进程真正运行。
- 所以它们实际上是这样运行【A运行一点时间，就给B运行，B运行一点给C运行，如果需要回到A，就使用PCB，PCB记录了之前的状态。】的，如下图：

PCB进程控制管理信息
代码段和数据段的地址
进程同步和通信信息
资源清单地址
进程队列指针

PCB处理机状态
处理机中寄存器的内容
作用：CPU切换时保存现场信息和回复现场信息。

PCB进程标识符
进程号

PCB资源清单
内存地址
虚拟地址
打开文件列表
I/O设备信息

PCB进程调度信息
进程状态
优先级
等待和使用CPU时间总和
进程调度和对换依据

进程与进程之间怎么数据交换？
- 依靠操作系统内核
- 但是从上图可知：进程1和进程2是独立的个体。似乎不相互影响。
我们通过2段代码来理解【推荐先看下面部分的编程再看这里】
首先是创建一个全局变量 global_vary = 100 。再在child函数里改global_vary =200 。然后我们运行代码，得到结果如下图：
会发现，parent还是100 。child的是200 。

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int global_vary = 100;//创建了一个全局变量
void child(){global_vary =200;printf("in child process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
void parent(){sleep(3);//休眠3秒后，再运行。printf("int parent process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();}else if(pid>0){parent();}return 0;}

使用sleep 修改
让子进程结束变慢。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int global_vary = 100;//创建了一个全局变量
void child(){global_vary =200;printf("in child process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);sleep(3);
}
void parent(){sleep(1);        printf("int parent process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();}else if(pid>0){parent();}return 0;}

就会发现结果还是 200 ，100 。
这就能体现出他们是独立的。
它们是独立占用 0-3G虚拟空间。

三、进程的创建

1、了解情况

随机分配，谁先获得CPU的使用权。
通过返回值来区分父子进程。
返回是2次，一次是父进程的，另一次是子进程的。
子父进程共享文件

2、简单编程实现

2.1、getpid和getppid和fork

fork() 的作用：
- fork() 会创建一个子进程，父进程返回子进程的 PID，子进程返回 0。
- 如果 fork() 失败（如系统资源不足），返回 -1，并进入错误处理。
getpid() 和 getppid()：
- getpid()：返回当前进程的 PID。
- getppid()：返回当前进程的父进程 PID。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed\n");exit(1);} else if (pid == 0) {printf("子进程: PID = %d, PPID = %d\n", getpid(), getppid());} else {printf("父进程: PID = %d, PPID = %d\n", getpid(), getppid());wait(NULL);  // 父进程等待子进程结束}return 0;
}

2.2、sleep

如果我想让子进程先运行，父进程后运行。就可以使用sleep(时间) 。这里的时间是默认按秒的时间，休眠作用。


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>void child(){printf("in child process:%d \n",getpid());
}
void parent(){sleep(3);//休眠3秒后，再运行。printf("int parent process:%d \n",getpid());
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();exit(0);}else if(pid>0){parent();exit(0);}return 0;}

在这里插入图片描述

2.3、execlp和excvp

execvp和execlp很像，只是参数的写法不同。
都通过PATH的方式查找。
- execvp的参数是指针数组
- execlp的参数是可变参数列表

#include <unistd.h>int main() {execlp("ls", "ls", "-l", NULL);  // 等价于 execvp("ls", {"ls", "-l", NULL})perror("execlp failed");return 1;
}

exlvp的作用：
- 用于 替换当前进程的映像（即运行另一个程序，当前进程的代码和数据会被新程序覆盖。替换后，原进程的代码不会执行了。）。

函数原型
#include <unistd.h>
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
argv以NULL结尾

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//替换成当前父进程的上下文,替换成新的进程静态数据区int ret=execlp("ls","ls","-l",NULL);if(ret<0){perror("execlp error");exit(-1);}printf("================================\n");exit(0);}else if(pid>0){//父进程回收子进程的资源getchar();wait(NULL);//阻塞接口，等待一个事件的发生}return 0;}

3、创建进程中的指令总结

exit(数字)   用来终止执行
fork         创建进程
wait         接收另一个进程的退出[阻塞接口]
sleep        休眠
execlp       替换当前进程的映像

fork 子进程诞生，此时父进程是副本
exec系列调用，替换成静态区
exit系统调用，结束，变成僵尸
wait系统调用，回收资源，已经变成僵尸状态的子进程的资源。

6、进程理论和简单进程创建

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