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【Linux】进程基础入门指南(下)

news 来源：原创 2025/8/22 10:51:31

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🐼前言

🐼进程属性

🐼查看进程

🐼通过系统调用创建进程

🐼创建多个进程

🐼总结

🐼前言

在上一节，我们知道管理的本质，为什么有系统调用，以及操作系统是如何管理进程的:就是先描述，再组织。这一节，我们进一步来探寻进程，看看这个进程(学生)有哪些属性(需要我们后续继续学习)，以及如何查看一个进程，创建一个进程，话不多说，直接开冲！

🐼进程属性

在Linux描述进程的结构体是task_struct,我们先粗略认识一下进程有哪些属性，先搭建个框架出来，感性的认识一下进程属性：

1️⃣ 标识符:描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程。( 就好比每个学生的学号是唯一的 ，我能通过这个学号来快速定位这个学生是谁，因此，在进程中，也要有一个标识符， 一般是一个数字(无符号整数)来标识进程的唯一性 ，如何查看标识符，我们在下面会提及)

2️⃣ 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。(这就好比我们每个学生在学校的一天，有学习的状态，吃饭的状态，睡觉的状态...)我们下一节会具体认识一下进程状态

3️⃣ 优先级: 相对于其他进程的优先级。(这就好比我们在食堂排队时的优先级，排在前面的先打到饭，排后面的后打到饭，所以进程优先级也是一个道理)

4️⃣ 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。

这个该怎么理解呢？我们在之前学习写的C/C++代码时，是如何完成函数跳转，循环语句，条件判断呢？都是PC指针的功劳，PC(point count)指针会告诉CPU要执行的下一条语句， 他就像个"诸葛亮" ,将要执行的下一条语句的地址提前保存起来。为什么是这样的呢？？？为什么需要PC指针？？

其实，CPU没有我们想象的那么那么"聪明"，它反而是很笨的！在CPU中，有一个IR(instruction register)寄存器，它喂给CPU什么，CPU吃什么。CPU没有自已的想法。而IR寄存器和PC寄存器配合一下，也就是 ，PC指针先想法设法提前拿到下一条指令的地址，然后IR将当前语句喂给CPU，PC指针再把值赋给IR，再执行。 也就是下图:

因此我们可以理解了，调试中，程序是如何跳转的！！！

5️⃣ 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。( 粗略理解成能找到PCB代码的内存数据的 )

上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据。这个怎么理解呢？由于CPU只有一个，而进程是有多个的，那么这些进程都会抢着来用CPU的资源，但是有的进程是不合理的，比如，我们程序写的死循环，那么不可能我一个进程一直占用CPU资源，所以，CPU会对进程分配时间。也就是 CPU不会将一个程序全部执行完才切换到下一个进程，而是在中途可能就会发生进程切换！

那么切换进程之前，需要提前保存CPU中进行我这个进程的硬件碎片信息到PCB中，以方便一下次执行我时不用重新执行，而是根据上一次未执行完的步骤继续执行。目的就是为了方便硬件上下文的保护和恢复！不需要再重新执行，感性的理解为无缝衔接了！

6️⃣ 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。(也就是为了关于进程的公平公正调度，避免一个进程一直占着资源，其他新进程得不到CPU资源)

.......其他的task_struct中的属性我们后续慢慢学习，我们这里也是粗略认识一些进程属性。

🐼查看进程

我们创建一个程序，通过getpid获取该进程的唯一标识符:

通过man手册，我们看看getpid。即返回当前进程的标识符.本质上是通过系统调用的方式来获取PCB中的pid

int main()
{while(1){printf("我是一个进程，pid:%d\n",getpid());sleep(1);}return 0;
}

让我们的进程跑起来:

查看进程:

方式1:

我们根目录下有一个proc的文件，我们可以通过

ls /proc 查看proc目录下的所有进程(系统会给每一个正在运行的进程创建一个文件)

我们找一找我们的进程存在不?

确实存在！！！当我们停止该进程(crtl+c)，proc下的就会对该进程的文件信息释放了！再查找就找不到了。这就证明了当我们的进程在运行时，系统会自动在/proc目录下创建一个名为该进程编号pid的文件，当我们停止该进程，该文件释放

我们发现每次创建该进程的pid名都不一样，因此系统中同时有大量的进程，所以是不确定的

我们观察上图，该进程的详细信息中有个cwd的，也就是该进程的当前路径，默认每个进程的当前路径是创建当前可执行程序的路径，也就是myprocess的路径。

也就是当前路径是默认在该目录下，因此我们可以修改改进程的当前路径！

比如创建文件时，我们可以通过修改当前路径了改变我们创建的文件路径

方式2:上述查看进程方式不常用

我们经常使用 ps axj 来查看所有进程再用grep过滤我们的进程

因此常用: ps axj | grep "可执行程序名"

为了看到头部信息:

ps axj | head -1 ; ps axj | grep "可执行程序名" 或者ps axj | head -1 && ps axj | grep "可执行程序名"

最终，我们经常使用上述方式来查看进程:

那gerp是什么鬼，我们不只查看myprocess这个进程吗，和他有什么关系，它为什么会出来？？？

其实，不管是我们的命令ls 还是pwd 还是 cd，我们之前就知道，它都是一个可执行的二进制程序，因此他也是一个进程，当我们输入ls,它作为一个进程会被加载到内存被CPU进行调度执行。因此这里grep也是一个命令，当然是进程，也要被CPU执行，因此我们看到grep的进程。

那还有一个pts文件是干嘛呢，其实，粗略的讲它就是关联该进程的显示屏文件，因此我们也通过pts显示屏文件向该目标进程的显示器输出:

比如这样:

其中我们知道pid是该进程编号，那么ppid呢，就是该进程的父进程编号！

getppid()来获取父进程编号！本质上是通过系统调用的方式来获取PCB中的ppid(父进程编号)

在Linux中，创建进程，是通过父进程增加子进程的方式来创建的，让进程的个数变多的。

为了更清楚的演示，我们将代码改一下，将父进程ppid也打印出来:

我们发现，子进程一直在变，可是父进程怎么始终不变？？？？？它究竟是谁？？

它是bash！！！

在我们Linux中，启动命令/程序的时候，都会变成进程，他们都是由bash这个父进程来创建的~

🐼通过系统调用创建进程

我们已经了解到，我们通过命令行启动的可执行程序的进程是由bash创建的。那么，bash又是如何创建的呢？

我们知道，进程本质上是内核数据结构（task_struct）加上代码和数据。创建一个进程，实际上就是创建一个新的task_struct以及其对应的代码和数据。而创建子进程的核心机制是通过系统调用fork实现的。

换句话说，我们在命令行启动的命令或可执行程序是一个子进程，它是bash通过fork系统调用创建的。具体来说，bash在底层调用了fork，从而生成了一个新的子进程。这个子进程继承了父进程（bash）的大部分资源，包括代码和数据空间，并在此基础上运行我们指定的程序。

下面我们来创建一个进程:

int main()
{printf("我是一个进程，pid:%d 父进程:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);fork();printf("你猜我被执行了吗？？？\n");sleep(1);return 0;}

输出:

printf被执行了两次？？？？

这是因为 fork() 后，父进程创建了一个子进程，子进程是父进程的副本。fork()调用之后，代码会在父进程和子进程中分别继续执行，因此 printf 在父进程中执行一次，在子进程中也执行一次，总共被执行两次。换句话说，fork() 之后，两个进程是分开独立运行的！

我们可以得出一个结论，父子进程是互相独立，互不影响的！！

那我们观察一下他们的pid和ppid

确实在fork之后有两个进程，第二个进程以第一个进程为副本。第二个进程是第一个进程的子进程，第一个进程是第二个进程的父进程。第一个进程的父进程是bash！

我们再来看一下fork的返回值:

man手册告诉我们，fork()的返回值:如果子进程创建成功，父进程会返回子进程的pid，子进程返回0;创建失败，则会父进程返回-1，子进程没有被创建。

什么鬼，一个函数还能有两个返回值？？？

int main()
{printf("我是一个进程，pid:%d 父进程:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);pid_t id = fork();printf("你猜我被执行了吗？？？pid:%d ppid:%d id:%d\n",getpid(),getppid(),id);sleep(1);return 0;}

我们测试一下:

啊，确实如man手册所说，父进程会返回子进程的pid，子进程返回0;

为什么返回值是这样的？父进程返回pid,子进程返回0？？？

因为一个父进程可能会创建多个子进程，他们是1：n的关系，因此一个父进程要保存子进程的唯一标识符，以至于能找到子进程。子进程返回0说明创建成功了。

那fork()之后有两个返回值能做什么？？？

fork()后有两个返回值（父进程中返回子进程的PID，子进程中返回0）的原因是为了区分父子进程，并允许在fork()调用之后分别编写不同的逻辑。使得父子进程可以独立运行，同时父进程可以对子进程进行管理。也就是让父子进程分别执行不同的代码区域，从而让父子执行不同的任务！！！

因此我们代码逻辑可以这样写，让父子进程分别执行不同的代码区域:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main()
{//pid_t id = getpid();//pid_t ppid = getppid();printf("我是一个进程，pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);int id = fork();if(id<0){perror("fork fail!");return 1;}else if(id ==0){while(1){printf("我是子进程 pid:%d  ppid:%d  id:%d\n",getpid(),getppid(),id);sleep(1);}}else{while(1){printf("我是父进程 pid:%d  ppid:%d  id:%d\n",getpid(),getppid(),id);sleep(2);}}sleep(1);return 0;
}

输出:

确实创建父进程创建出了子进程

我们发现，else if else 两条语句都执行了，这在我们之前学习的C/C++是根本不可能做到的。正是由于fork后，父子，由于fork返回值的不同，让父子代码区域独立了，父子分别执行不同的任务！我们才看到了上述现象。

那fork之后为什么有两个返回值？？？因为我们仅仅调用的fork()是系统调用，而在fork()里面，待我们执行到return 的时候，已经完成了父进程创建子进程的工作，主体工作已经做完了！！！(给我们"暗箱操作"了)因此在return 之前，已经完成了分支，有两个返回值就不奇怪了(具体怎么做到的，我们需要在后续虚拟地址空间再回来解释一下！)

那父进程如何创建子进程的，子进程被创建时，内部什么都没有吗？

在上述的例子中，我们已经或许知道答案了，比如子进程也会执行printf语句。在Linux中子进程在被创建时，也会被初始化，而怎么初始化，就是以父进程为模版。并且，子进程的代码和数据时默认共享父进程的代码和数据，在之后在对子进程的代码和数据进行修改。而为了保证数据层面的独立性，如果子进程数据要修改，用写实拷贝！！！

🐼创建多个进程

下面，我们一次性来创建10个进程:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>const int N = 10;
int main()
{for(int i=0;i<N;i++){pid_t id = fork();if(id == 0){//子while(1){printf("我是子进程 pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}}else{//父，什么都不做---父进程要创建子进程printf("子进程创建成功 pid%d\n",getpid());sleep(1);}}//父进程被创建while(1){printf("父进程创建成功 pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}return 0;
}

该程序创建流程图:

确实一次性由myfork这个父进程创建了10个子进程，myfork的的父进程是bash!

我们也可以得出一个结论，父进程创建子进程的过程，父子进程，谁先执行不确定，由OS调度机制来决定

🐼总结

我们知道想要管理好进程，首先要先描述，因此我们粗略认识了进程属性，比如说标识符，程序计数器等，我们可以通过getppid(),getpid()来获取父子进程的唯一标识符。学会了用ps axj | head -1 ; ps axj | grep "可执行程序名"来查看系统的进程，也能通过开发者给我们的系统调用接口fork()来创建子进程，我们也知道了在Linux中，一切进程都是由父进程创建的，我们也能一次性创建多个进程。在下一篇文章，我们继续描述进程属性:进程状态！

🐼前言

🐼进程属性

🐼查看进程

🐼通过系统调用创建进程

🐼创建多个进程

🐼总结

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