柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：運(yùn)維 【Linux】進(jìn)程概念

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什么是進(jìn)程？描述進(jìn)程---PCB什么是PCB

task_struct當(dāng)中的內(nèi)容標(biāo)識(shí)符

多進(jìn)程創(chuàng)建總結(jié)

什么是進(jìn)程？

進(jìn)程是操作系統(tǒng)中的一個(gè)基本概念，它是正在運(yùn)行的程序的實(shí)例。進(jìn)程不僅僅是代碼，還包括代碼執(zhí)行時(shí)所需的資源和狀態(tài)信息。 簡(jiǎn)單來說進(jìn)程=程序的代碼和數(shù)據(jù)+內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于管理進(jìn)程的資源和狀態(tài)等信息）

描述進(jìn)程—PCB

由于上面我們說到進(jìn)程等于內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加上自己的代碼和數(shù)據(jù)，這里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在Linux中叫做task_struct，task_struct是PCB的一種。

什么是PCB

PCB是操作系統(tǒng)中用于管理每個(gè)進(jìn)程的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包含了操作系統(tǒng)需要的所有信息，用來跟蹤、控制和調(diào)度進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的PCB，操作系統(tǒng)通過PCB來識(shí)別和管理進(jìn)程的狀態(tài)和資源。

首先我們知道一個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)都是要先被加載到內(nèi)存中的，然后加載到內(nèi)存中之后由CPU進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)。加載到內(nèi)存中，我們是不是只加載了程序的代碼，很顯然不是的，如果我們只加載代碼和數(shù)據(jù)，那我們?cè)撛趺垂芾磉@個(gè)進(jìn)程呢？所以我們還需要一推數(shù)據(jù)來方便管理這個(gè)進(jìn)程，比如說這個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)，標(biāo)識(shí)符，優(yōu)先級(jí)等等信息，這些信息被合起來創(chuàng)建了一個(gè)task_struct，來管理這個(gè)進(jìn)程。 這里展示部分task_struct的代碼：

struct task_struct {

/*

* These are the only fields we actually need to create a task:

*/

struct list_head tasks; /* 指向同一進(jìn)程組中所有任務(wù)的列表頭 */

pid_t pid; /* 進(jìn)程ID */

int state; /* 進(jìn)程狀態(tài) */

unsigned int flags; /* 進(jìn)程標(biāo)志 */

struct task_struct __rcu *real_parent; /* 父進(jìn)程PCB指針 */

struct task_struct *parent; /* 父進(jìn)程PCB指針，即使父進(jìn)程已退出也不會(huì)為NULL */

struct list_head children; /* 子進(jìn)程鏈表 */

struct list_head sibling; /* 兄弟進(jìn)程鏈表 */

/*

* These fields are here for internal use. They should not be

* touched outside of the scheduler proper.

*/

struct thread_info *thread_info;

struct fs_struct *fs; /* 文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體 */

struct files_struct *files; /* 打開文件結(jié)構(gòu)體 */

struct signal_struct *signal; /* 進(jìn)程信號(hào)管理結(jié)構(gòu)體 */

struct sighand_struct *sighand; /* 信號(hào)處理函數(shù)集合 */

struct nsproxy *nsproxy;

struct cred *cred;

struct cred *real_cred;

u64 start_time; /* 進(jìn)程開始時(shí)間 */

struct timer_list real_timer;

struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];

struct taskstats *stats; /* 與進(jìn)程相關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息 */

可以看見管理進(jìn)程的代碼中有很多進(jìn)程的信息。

在task_struct中有一個(gè)指針指向下一個(gè)進(jìn)程，還有一個(gè)指針指向自己對(duì)應(yīng)的進(jìn)程

task_struct當(dāng)中的內(nèi)容

標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號(hào)等。優(yōu)先級(jí): 相對(duì)于其他進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。程序計(jì)數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時(shí)處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)[休學(xué)例子，要加圖CPU，寄存器]。I／O狀態(tài)信息: 包括顯示的I/O請(qǐng)求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。記賬信息: 可能包括處理器時(shí)間總和，使用的時(shí)鐘數(shù)總和，時(shí)間限制，記賬號(hào)等。其他信息

首先我們來說說標(biāo)識(shí)符信息。

標(biāo)識(shí)符

標(biāo)識(shí)符是什么？

先寫一段簡(jiǎn)單的死循環(huán)代碼。 用上面指令加管道查看指定進(jìn)程。

ps ajx | grep myexe

首先，ps ajx是查看所有的進(jìn)程，后面加上管道就可以查看指定的進(jìn)程 可以看見查看所有進(jìn)程的時(shí)候第一排是有頭部信息的，而我們的沒有，所以我們可以把頭部信息加上。

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myexe

這段指令就可以使得查看指定進(jìn)程的同時(shí)順便加上頭部信息了。 可以看見，這里的頭部信息有很多，pid就是我們所說的標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符具有唯一性，可以唯一的確定一個(gè)進(jìn)程，意思就是我們可以通過標(biāo)識(shí)符來查找進(jìn)程。

可以看見確實(shí)可以用pid來查看指定進(jìn)程，這里可以看見多出來一個(gè)bash進(jìn)程，通過觀察可以看見myexe的ppid和bash的pid是相同的，可以發(fā)現(xiàn)bash和myexe是父子進(jìn)程，bash是命令解釋器，myexe是bash的子進(jìn)程。意思就是說在啟動(dòng)myexe的時(shí)候，bash啟動(dòng)了一個(gè)myexe的子進(jìn)程。 ppid ppid是父進(jìn)程（parent pid）可以這樣理解

直到怎么查看進(jìn)程之后，我們應(yīng)該如何結(jié)束進(jìn)程呢？

第一種方式：Ctrl+c 第二種方式：kill+進(jìn)程標(biāo)識(shí)符

這兩種方式都可以結(jié)束進(jìn)程。

我們已經(jīng)知道了bash會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程來執(zhí)行我們的命令，那么我們?cè)撊绾问謩?dòng)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程呢？

通過上面的函數(shù)fork()可以手動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。 可以看見創(chuàng)建成功會(huì)給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pid，給子進(jìn)程返回0，如果創(chuàng)建失敗會(huì)返回-1。

1 #include

2 #include

3

4 int main()

5 {

6 pid_t id=fork();

7 while(1)

8 {

9 if(id>0)

10 {

11 printf("我是父進(jìn)程，pid:%d ,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

12 sleep(1);

13 }

14 else if(id==0)

15 {

16 printf("我是子進(jìn)程，pid:%d ,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

17 sleep(1);

18 }

19 }

20 return 0;

21 }

上面代碼可以創(chuàng)建子進(jìn)程，我們來看看現(xiàn)象。 運(yùn)行結(jié)果看看現(xiàn)象： 可以看見子進(jìn)程和父進(jìn)程都打印了，看看上面代碼，明明這是一個(gè)if和else if為什么會(huì)兩個(gè)條件同時(shí)成立呢？

因?yàn)檫@里創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程，子進(jìn)程和父進(jìn)程共享同一份代碼，但是數(shù)據(jù)是私有的，所以會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果，我們來驗(yàn)證一下是不是。

1 #include

2 #include

3

4 int gval;

5

6 int main()

7 {

8 pid_t id=fork();

9 while(1)

10 {

11 if(id>0)

12 {

13 printf("我是父進(jìn)程，pid:%d ,ppid:%d ,id:%d ,gval:%d\n",getpid(),getppid(),id,gval);

14 sleep(1);

15 }

16 else if(id==0)

17 {

18 printf("我是子進(jìn)程，pid:%d ,ppid:%d ,id:%d ,gval:%d\n",getpid(),getppid(),id,gval);

19 gaval++;

20 sleep(1);

21 }

22 }

23 return 0;

24 }

首先這里創(chuàng)建一個(gè)全局變量，子進(jìn)程負(fù)責(zé)++和讀取，但是父進(jìn)程只讀取，如果是同一份數(shù)據(jù)的話，那么全局變量?jī)蓚€(gè)應(yīng)該打出來是同一個(gè)值，這里我們運(yùn)行驗(yàn)證一下。 可以看見只有子進(jìn)程的++了，父進(jìn)程并沒有++，可以看見兩個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)是私有的，這里我們可以得出一個(gè)結(jié)論：兩個(gè)進(jìn)程之間是具有高度獨(dú)立性的。

驗(yàn)證完這個(gè)之后，我們?cè)撊绾蝿?chuàng)建多進(jìn)程呢？

多進(jìn)程創(chuàng)建

1 #include

2 #include

3 #include

4 #include

5 using namespace std;

6

7 int num=10;

8

9 void SubProcess()

10 {

11 while(true)

12 {

13 cout<<"I am sub process, pid:"<

14 sleep(1);

15 }

16 }

17

18 int main()

19 {

20 vector allchild;

21 for(int i=0;i

22 {

23 pid_t id=fork();

24 //子進(jìn)程進(jìn)入

25 if(id==0)

26 {

27 SubProcess();

28 }

29 //到這里只有父進(jìn)程

30 allchild.push_back(id);

31 }

32 cout<

33 for(auto child:allchild)

34 {

35 cout<

36 }

37 cout<

38 while(true)

39 {

40 cout<<"我是父進(jìn)程：pid:"<

41 sleep(1);

42 }

43

44 return 0;

45 }

看看對(duì)應(yīng)信息確實(shí)對(duì)應(yīng)起來了 可以看見確實(shí)創(chuàng)建了十個(gè)進(jìn)程。

總結(jié)

本文從進(jìn)程的基本概念入手，介紹了進(jìn)程的組成結(jié)構(gòu)，尤其是PCB（進(jìn)程控制塊）的作用。通過分析 task_struct 的內(nèi)容，我們了解了進(jìn)程在內(nèi)核中的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何幫助管理其狀態(tài)和資源。隨后，我們探討了多進(jìn)程的創(chuàng)建過程，并通過代碼實(shí)例展示了多進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)?？偟膩碚f，進(jìn)程是操作系統(tǒng)管理資源的關(guān)鍵單元，深入理解其結(jié)構(gòu)和機(jī)制對(duì)于系統(tǒng)級(jí)編程至關(guān)重要。 通過這篇文章，希望讀者能夠?qū)M(jìn)程的內(nèi)部運(yùn)作和管理有更加清晰的認(rèn)識(shí)，為日后深入學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)或編寫并發(fā)程序打下基礎(chǔ)。

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