【Linux】详细介绍进程的概念
目录
一、初识进程概念
真正的进程概念如下：
二、Linux中PCB的操作系统学科叫法：task_struct
1、简单认识task_ struct内容分类
2、问题：操作系统怎么知道当前程序执行到哪一行代码了？
三、linux关于进程的常用指令：
1、ps axj
2、运行一个.c可执行文件
3、 ps ajx | head -1
4、man getpid
5、man getppid
6、每一次启动程序 ， 当前进程的pid值都会变化
7、进程的当前工作目录：
8、函数chdir
四、初识fork：通过系统调用fork创建新进程
1、通过一段代码引出fork
2、fork的返回值
3、创建子进程的作用：
4、问题：上述代码中一个id变量怎么会即等于0，又大于0呐？
5、问题：操作系统怎么保证进程之间的独立性？
6、同时创建多个进程的示例代码：
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一、初识进程概念
很多教材观点：
1、加载到内存的程序就叫进程；
2、正在运行的程序就叫进程；
但这些叙述是模模糊糊的，看着根本不明白进程到底是什么。下面我们逐步介绍：
事实上：程序会被编译成二进制文件，文件又是存在磁盘上，磁盘属于外设；
1、我们可以同时启动多个程序，将这多个程序加载到内存（通常是可执行程序.exe）；
2、操作系统必须去管理这些加载到内存的程序，比如如何给这些程序分配内存。
3、操作系统是如何管理加载到内存的程序呐，就是我们上述所介绍的：先描述再组织。
第3点过程介绍，引出进程的概念：
操作系统刚开始将进程加载到内存的时候，它是不认识这些进程的，所以根据“先描述，后组织”，会去创建一个结构体去描述这些进程，然后把对应的属性填入结构体的成员，这样就认识了，这样操作系统就可以通过访问这些结构体间接去管理这些进程数据。
如下：
这个结构体被叫做PCB（process ctrl block：进程控制块），上述图中只是部分属性，实际中可能有几百种属性。因为我们以链表为例，所以这里是在成员中添加一个PCB的指针用于指向下一个结点，这样对进程的管理就转化为对PCB链表的增删查改，这个就是对进程的建模过程。
上述就是大致管理图，
真正的进程概念如下：
进程 = 内核PCB对象（内核数据结构） + 可执行程序
所有对进程的控制和操作，都只和进程的PCB有关，和进程的可执行程序没有关系，因为是通过访问PCB去间接管理可执行程序，我们上面只是以链表为例，实际PCB结构体可以用任意数据结构进行管理。
二、Linux中PCB的操作系统学科叫法：task_struct
1、简单认识task_ struct内容分类
（1）标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程 。（2）状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。（3）优先级: 相对于其他进程的优先级。（4）程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。（5）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（6）上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。（7）I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。（8）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。（9）其他信息
2、问题：操作系统怎么知道当前程序执行到哪一行代码了？
这就是通过task_ struct的内容中程序计数器知道的。CPU中存在一个eip寄存器（也叫PC指针），实际上程序计数器就是PC指针，里面存的是当前正在执行的指令的下一条指令，那些判断、循环、函数跳转等等操作的本质就是修改PC指针，因为程序是从上往下执行的，而这些操作都会改变这个顺序，所以实际上修改的是PC指针。
三、linux关于进程的常用指令：
1、ps axj
这个指令用来查看所有进程：
2、运行一个.c可执行文件
1 #include2 #include 3 int main() 4 { 5 while(1) 6 { 7 printf("i am a process! "); 8 sleep(2); 9 } 10 return 0; 11 } 如上，写了一个test。c文件，此时我们将它编译运行，如下：
此时这个程序就变成了一个进程，我们可以通过指令查看
3、 ps ajx | head -1
该指令用来显示当前系统中所有进程表头的详细信息。
但为了看见我们自己的，我们可以筛选一下，使用指令：
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess这样可以筛选包含myprocess关键词的内容：
这里会显示第二行内容是因为：几乎所有的独立的指令都是程序，运行起来也会变成进程，所以筛选的时候会把grep这个进程也筛选进来，如果不想看到，可以使用-v选项，反向筛选不包括grep关键词的：
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess | grep -v grep
4、man getpid
这个指令用来查看getpid这个函数的信息：getpid就是一个系统调用，用来查看当前进程的pid值，返回值pid_t类型相当于int
5、man getppid
首先我们要知道，一般在linux中，普通进程都会有父进程，而getppid就是用来查看当前进程的父进程的pid值，man指令就是用来查看这个函数的信息。
6、每一次启动程序 ， 当前进程的pid值都会变化
每一次启动程序 ， 当前进程的pid值都会变化，因为每次启动程序，都会是一个新进程。
但会发现父进程始终不会变。
所以我们可以看一下父进程10645是谁？使用如图指令后，发现是进程bash。
bash就是命令行解释器，所以我们命令行启动的进程都是bash的子进程。
7、进程的当前工作目录：
在文件操作中我们知道"fopen("file.txt","w");",如果不存在这个文件，就会在当前路径下帮我们创建这个文件。这里的当前路径我们以前都认为是该.c文件所在的路径，但实际上是当前可执行程序对应的进程的工作目录(cwd):
这里的cwd就是进程的当前路径，对应的下面还有exe程序对应的路径。
8、函数chdir
四、初识fork：通过系统调用fork创建新进程
1、通过一段代码引出fork
首先我们写一段测试代码：
1 #include2 #include 3 #include 4 int main() 5 { 6 printf("before fork:i am a prcess,pid:%d,ppid:%d ",getpid(),getppid()); 7 pid_t id = fork(); 8 printf("after fork:i am a prcess,pid:%d,ppid:%d ",getpid(),getppid()); 9 return 0; 10 } 运行结果如下：
我们会发现，我们代码中只有两个printf，但运行结果却打印了三行内容，原因就在于，当执行fork函数后，fork会创建子进程，所以此时会走两条分支，所以after的printf会打印两次，第一次打印的是父进程的内容，第二次打印的是子进程的内容，可以通过ppid看出打印顺序。
（所以可以这样理解，fork之后代码是父子进程共享的，相当于要执行两份代码）
2、fork的返回值
可以通过手册查看，发现fork的返回值如下：
如果创建失败，则返回-1；
如果创建成功，则给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0；因为父进程可以有多个子进程，而子进程只有一个父进程，所以父进程找子进程是比较困难的，就需要一些标识符，比如这里pid。子找父是比较简单的，比如直接getppid。
3、创建子进程的作用：
一般情况，我们创建子进程是想让父子进程去做不同的事，这样的场景就可以通过一些判断语句，结合fork的返回值，就可以让父子进程做不同的事。
这段代码也是让我们第一次接触同时运行两个死循环。
创建子进程的时候，操作系统会给子进程创建一个PCB，默认情况会将父进程的大部分属性拷贝给子进程，只有一些用于标识的属性才和父进程不一样，比如pid和ppid。创建一个进程的时候，系统中就会多一个进程。
4、问题：上述代码中一个id变量怎么会即等于0，又大于0呐？
首先我们要知道，一个进程崩溃了，是不会影响其他进程的，也就是说进程之间是具有独立性的，并不是相互影响。我们可以通过指令去杀死对应进程。其次还要知道linux中可以用同一个变量名表示不同内存，这些内存地址都是虚拟地址。
5、问题：操作系统怎么保证进程之间的独立性？
上面我们知道一个进程崩溃了是不会影响其他进程的，这就是进程之间的具有相互独立性。
而且操作系统在设计进程的时候就必须保证这一点，那是如何做到的？
首先我们介绍一个场景：
当程序中有一个全局变量，那么在子进程和父进程中都可以使用此变量，当在父进程中修改这个全局变量时，子进程中对应的全局变量就会改变，这就通过父进程影响到了子进程，就违背进程的相互独立性。
操作系统是通过“写时拷贝”技术解决的：
先定义全局变量，哪个进程要使用该全局变量，就开辟一份空间，再将全局变量的值拷贝过来。上面我们又提到了，linux中同一个变量名是可以表示不同的内存地址的。
6、同时创建多个进程的示例代码：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 const int num = 10;//创建十个子进程 6 7 void worker() 8 { 9 int cnt = 12; 10 while(cnt) 11 { 12 printf("child %d is running, cnt:%d ",getpid(),cnt); 13 cnt--; 14 sleep(1); 15 } 16 } 17 18 int main() 19 { 20 for(int i = 0;i < num;i++) 21 { 22 pid_t id = fork(); 23 if(id < 0)break; 24 if(id == 0) 25 { 26 //子进程进行的操作 27 worker(); 28 exit(0);//C里面用过，在这里是使该子进程直接退出 29 } 30 //父进程进行的操作 31 printf("father create child process success!child pid:%d ",id); 32 sleep(1); 33 } 34 //父进程才会执行到这里 35 sleep(15); 36 37 return 0; 38 } 运行结果：如下图，每次for循环都会创建一个子进程，并且不会影响上一次创建的进程。
其次，如下图：
我们在每个子进程执行的函数中休眠一秒，在这一秒中，第二个子进程就会被创建出来，所以运行结果中各个进程才会这样互相穿插在一起。
