進程全家桶，看這一篇就夠了 | 原力計劃

作者 | 看，未來

責編 | 王曉曼

出品 | CSDN博客

初見進程，先查一下戶口

1、進程環境


進程控制塊PCB：就是進程在作業系統中的「戶口」，具體實現是 task_struct數據結構：
1.狀態信息，例如這個進程處於可執行狀態，休眠，掛起等。
2.性質，由於unix有很多變種，進程有自己獨特的性質。
3.資源，資源的連結比如內存，還有資源的限制和權限等。
4.組織，例如按照家族關係建立起來的樹（父進程，子進程等）。

2、進程狀態


運行狀態R（TASK_RUNNING）
可中斷睡眠狀態S（TASK_INTERRUPTIBLE）
不可中斷睡眠狀態D（TASK_UNINTERRUPTIBLE）
暫停狀態T（TASK_STOPPED或TASK_TRACED）
僵死狀態Z（EXIT_ZOMBIE）
退出狀態X(EXIT_DEAD)
以上兩部分，了解即可

3、進程原語

（1）fork


#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

功能：子進程複製父進程中的0~3G空間和PCB,但ID號不同。

Fork調用一次返回兩次

父進程中返回子進程ID (就是大於0的意思)

子進程返回0

讀時共享寫時複製，可保高效

與之相關函數：


#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
pid_t getpid(void); //獲取進程ID
pid_t getppid(void); //獲取父進程ID


#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
uid_t getuid(void);//返回實際用戶ID
uid_t geteuid(void);//返回有效用戶ID

進程的產生方式：

進程的產生有多種方式，但是追本溯源是相通的。


(1)複製父進程的系統環境（放心，只要是你開的進程，肯定有父進程）
(2)在內核中建立進程結構
(3)將結構插入到進程列表，便於維護
(4)分配資源給該進程
(5)複製父進程的內存映射消息
(6)管理文件描述符和連結點
(7)通知父進程

下面是一張進程列表的圖，命令：Pstree。

可以看到Init是所有進程的父進程，其他進程都是有Init進程直接或間接Fork出來的。

（2）Exec族為什麼需要Exec函數？

Fork子進程是為了執行新程序（Fork創建了子進程後，子進程和父進程同時被OS調度執行，因此子進程可以單獨的執行一個程序，這個程序宏觀上將會和父進程程序同時進行）。
可以直接在子進程的IF中寫入新程序打代碼。但這樣不夠靈活，因為我們只能把子進程程序的原始碼貼過來執行（必須知道原始碼，而且原始碼太長了也不好控制）使用Exec族函數運行新的可執行程序。Exec族函數可以直接把一個編譯好的可執行程序直接加載運行。
有了Exec族函數後，典型打父子進程程序是這樣的：子進程需要運行的程序被單獨編寫、單獨編譯連結成一個可執行程序(Hello)。主進程為父進程，Fork創建了子進程後在子進程中Exec來執行Hello，達到父子進程分別做不同程序同時（宏觀上）運行的效果。

代碼貼這兒，看這裡講解Exec族：


#include<unistd.h>
int execve(const char *path,char *const argv[],char *const envp[]);//這個是真正的系統調用
//以下的函數最後都是調用這個函數
int execl(const char *path,char *const argv,···);
int execlp(const char *file,char *const argv,···);
int execle(const char *path,char *const argv,···· ,char *const envp[]);
int execv(const char *path,char *const argv[]);
int execvp(const char *file,char *const argv,);


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
if((pid = fork) < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
/* child */
execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-a",);
}
else
{
printf("parent, child id = %d.\n",pid);
}
return 0;
}

（3）Wait/Waitpid

這裡幾個概念：

殭屍進程：子進程退出，父進程沒有及時回收，子進程成為殭屍進程
孤兒進程：父進程退出，而子進程沒有退出，子進程成為孤兒進程
Init進程：1號進程，負責收留孤兒進程，成為他們的父進程


有5種方式終止進程：
（1）main返回
（2）調用exit
（3）調用_exit
（4）調用abort（給自己發送異常終止信號）
（5）由一個信號終止


#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
//這裡的status為一個整形指針，是該子進程的返回狀態。若該指針不為空，則可以通過該指針獲取子進程退出時的狀態。
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);
// pid是進程號
/*
<-1 回收指定進程組內的任意子進程
-1 回收任意子進程
0 回收和當前waitpid調用一個組的所有子進程
>0 回收指定ID的子進程
*/
//options：
/*
WNOHANG:強制回收，不阻塞。
WUNTRANCED:一般用上面那個
*/

來個聯繫方式吧，進程間通信

常用的通信方式有：管道、消息隊列、共享內存、文件空間映射。1、管道：兩個進程間通信，最古老的通信方式了。2、消息隊列：在內核中建立一個鍊表，發送方按照一定標識將數據發送到內核中，內核將其放入鍊表。

接收方發送請求後，內核按照標識取出消息。

消息隊列是一種完全異步的通信方式。

3、共享內存：共享內存是將內存中的一段地址，在多個進程間共享。多個進程通過掛載在自己名下的地址直接對共享內存進行操作。4、文件空間映射：Mmap函數用來將文件或設備空間映射到內存中，可以通過對映射後的內存空間操作來獲得與操作文件一致的效果。進程間同步

進程間同步的方法主要有system信號量和進程間鎖。

家庭關係如何？（進程間關係）

1、進程組一個或多個進程組成的集合，進程組的組ID是一個正整數。


//獲取當前進程組組ID
pid_t getpgid(pid_t pid);
pid_t getpgrp(void);

幾個概念：

組長進程：進程ID號等於組ID。
組長進程可以創建一個進程組，創建該進程組中的進程。
只要進程中有一個進程存在，進程組就存在，與組長進程是否終止無關。
進程組生存期：進程組創建到最後一個進程離開（終止或轉移到另一個進程組）


//一個進程可以為自己或子進程設置進程組ID
int setpgid(pid_t pid,pid_t pgid);
//非root進程只能改變自己創建的子進程，或有權限操作的進程

2、會話


pid_t setsid(void);

調用進程不能是進程組組長，該進程變成新會話的首進程。
該進程成為一個新進程組的組長進程。
需要有Root權限（Ubunt不需要）
新會話丟棄原有控制終端，該會話沒有控制終端。
建立新會話時，先用Fork，然後父進程終止，子進程調用。


pid_t getsid(pid_t pid);

用於查看當前進程的會話ID。

注意點：組長進程不能成為新會話首進程，新會話首進程必定成為組長進程。

來串偽代碼：


#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main
{
pid_t pid;
pid = fork;
if(pid == 0)
{
//列印：
getpid;//進程ID
getpgid(0);//組ID
getsid(0);//會話ID
sleep(10);
setsid;//子進程設為會話組長
//子進程非組長進程，故其成為新會話首進程，且成為組長進程。
//該進程ID即為會話進程ID
//再列印一遍
getpid;//進程ID
getpgid(0);//組ID
getsid(0);//會話ID
}
}

程序、進程與線程的區分

這個問題老師問過我，當時我沒答上來。1、進程是動態的，程序是靜態的。2、一個進程只能對應一個程序，而一個程序可以對應多個進程。

從作業系統方面來看，進程代表的是作業系統分配的內存、CPU時間片等資源的基本單位，是為正在運行的程序準備的運行環境。

原文連結：

https://blog.csdn.net/qq_43762191/article/details/106024446