【学习笔记】linux进程

浅夏110

文章目录
进程的概念理解
进程 的内部结构 与行为
进程在内核中的组织形式：进程控制块（PCB）
进程的状态
文件管理结构
内存管理结构
进程之间的结构关系
进程环境
进程的用户空间布局
命令行参数
环境变量
创建进程
fork函数的工作流程
fork函数执行后父子进程的主要异同
父子进程共享文件
fork用法
vfork
参考
主要以linux进程为例
进程的概念理解
为何引入进程？
世界可以看作是过程的集合体，进程这一概念很好的体现了这一点，每个进程相当于一个独立的过程。
操作系统，需要控制它的子民，其中一个便是进程，它需要了解进程的基本状况，以便于宏观规划、调度。
专业理解：
程序是包含可执行代码以及执行代码需要的数据等信息的文件，存放在磁盘等介质上。
当程序被操作系统装载到内存并分配给它一定资源后，此时可称为进程。
程序是静态概念，进程是动态概念。
进程 的内部结构 与行为
通过查看进程相关的核心结构（PCB），我们能够从表明上了解、推测进程所具有的基本功能、行为。
进程在内核中的组织形式：进程控制块（PCB）
首先介绍进程的控制块，是因为后面的要讲的主要内容是围绕着PCB展开的。
【进程状态】反映了进程生命周期的存在。
【调度信息】为操作系统提供进程调度依据
【文件管理】文件资源的相关使用
…(更多内容将在后面展开)

进程控制块（task_struct结构）在代码层次的体现：
与上面的文字信息对比体会下面各个变量的含义
pid_t pid;
uid_t uid,euid;
gid_t gid,egid;
volatile long state;
int exit_state;
unsigned int rt_priority;
unsigned int policy;
struct list_head tasks;
struct task_struct *real_parent;
struct task_struct *parent;
struct list_head children,sibling;
struct fs_struct *fs;
struct files_struct *files;
struct mm_struct *mm;
struct signal_struct *signal;
struct sighand_struct *sighand;
cputime_t utime, stime;
struct timespec start_time;
struct timespec real_start_time;tas
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进程的状态
其在进程控制块中体现为：
volatile long state;
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state成员的可能取值如下(意味着进程的生命周期状态)：
#define TASK_RUNNING 0
#define TASK_INTERRUPTIBLE 1
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2
#define TASK_ZOMBIE 4
#define TASK_STOPPED 8
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进程状态的转化图：

文件管理结构
文件管理相关的结构：
【文件在操作系统中的表示】 通过下面的3张表：（1）文件描述表；（2）文件表；（3）索引结点表
【文件描述表】 所有打开的文件 。
【文件表】文件每一次打开所独有的状态，包括文件状态标识等。
【索引结点表】 用来存储该文件在存储介质中相关的位置信息
代码层级的文件管理结构：
fs:
【root】进程可执行文件对应的根目录
【pwd】进程的当前工作目录（解释了为什么你在某个dir下，不用输入完整路径就能执行该路径下的文件）
files:
【files_struct】fd[0],fd[1] … fd[255]一个一个只想文件表的指针。
【file】该进程打开的文件状态1) f_op表示当前访问的文件的位置；（2）f_inode表示文件在物理介质上的存储位置；（3）更多信息参考：Linux下的FILE*结构体
内存管理结构
vm_area_struct:
它描述的是一段连续的、具有相同访问属性的虚存空间，该虚存空间的大小为物理内存页面的整数倍。
通常，进程所使用到的虚存空间不连续，且各部分虚存空间的访问属性也可能不同。所以一个进程的虚存空间需要多个vm_area_struct结构来描述。（参考：vm_area_struct）
【示例】下图例子中，有的vm_area_struct指向了数据区，有的指向了代码区。

进程之间的结构关系
【物理组织结构】 示例：等待队列，就绪队列，优先级队列等。
【逻辑组织结构】 父子结构、树状结构。进程创建有先后次序、被其他进程创建。（linux 命令： pstree）

进程环境
进程的资源分为两部分：（1）内核空间资源；（2）用户空间资源。前面介绍了内核空间的资源PCB，接下来介绍用户空间的资源。

进程的用户空间布局
【正文】CPU执行的代码部分，正文段通常是共享、只读的
【初始化数据】包含了程序中需明确赋初值的变量，如全局变量int maxcount=99;
【未初始化数据】程序执行之前，将此段中的数据初始化为0，如全局变量long sum[1000];
【堆】用于动态分配内存
【栈】主要用于支撑函数调用存放参数、局部变量等
命令行参数
用户空间从外界接收参数
举例：
ls ./dir
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环境变量
环境变量表:
【注意】每个进程都有自己的一个环境变量表
【子进程】用fork方式创建子进程，会自动复制父进程的用户空间，故在子进程中可直接使用相应的环境变量。

创建进程

代码示例：
int main(int argc,char **argv){
pid_t pid;
pid=fork();
if(pid==-1)
printf(“fork error\n”);
else if(pid==0){
printf(“the returned value is %d\n”,pid);
printf(“in child process!!\n”);
printf(“My PID is %d\n”,getpid();}
else{
printf(“the returned value is %d\n”,pid);
printf(“in father process!!\n”);
printf(“My PID is %d\n”,getpid();}
return 0;
}
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结果：

fork函数的工作流程

fork函数执行后父子进程的主要异同

父子进程共享文件
上面提到的fork复制的方式，也容易导致父子共享文件时，重复处理的问题，这是因为他们共享了打开的文件，而文件中的f_pos可能会被父子进程共同处理。（如下图所示）

对父子进程共享文件的常见处理方式：
【等待】父进程等待子进程完成。当子进程终止后，文件当前位置已经得到了相应的更新
【避免共享】父子进程各自执行不同的程序段，各自关闭不需要的文件
fork用法

vfork

参考
【中国大学mooc】linux操作系统编程
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作者：TheSnowBoy_2
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/TheSnowBoy_2/article/details/84707130
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Windows和Linux这两个系统应该是两个最常用的系统了吧

2017165730

中国的book系统也正在商用化的路上

aptx486900

谢谢大佬

刘三姐的小黄瓜

感谢大佬的分享，学到了