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? 写在前面：本章我们将带着大家深入理解 "进程" 的概念，"进程" 这个概念其实使我们一直在接触的东西，只不过这个概念我们没有框出进行详细讲解罢了，本章我们就把 "进程" 这货挖出来好好地深入理解一番！引出进程的概念后，我们最后再讲解一下 PCB，针对什么是 PCB 以及为什么要有 PCB 等一系列问题进行讲解。本章结束后，我们接下来会谈论进程状态和优先级，我们会重点关注状态的讲解。后续讲的过程中我们还会串入竞争、独立、并发和并行的概念，还会涉及到进程调度和切换的理解。
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Ⅰ. 进程的概念（Process）
0x00 引入：什么是进程？
" Process is a running program. "
进程是一个运行起来的程序。
这句话在很多教科书上出现，但是这说了跟没说一样，什么是运行起来的程序呢，
跑或没跑？跑起来的程序，和没跑起来的程序？我们不放首先来思考一个问题：
❓ 思考：程序是文件吗？
是！都读到这一章了，这种问题都无需思考！文件在磁盘哈。
本章一开始讲的冯诺依曼，磁盘就是外设，和内存与 CPU 打交道，它们之间有数据交互。
你的程序最后要被 CPU 运行，所以要运行起来必须先从磁盘外设加载到内存中。
因此，当可执行文件被加载到内存中时，该程序就成为了一个进程。
0x01 承上启下：先描述再组织
我们还是首先思考一个问题，通过问题去引出我们的知识点。
❓ 思考：操作系统中可能存在多个进程吗？
操作系统里面可能同时存在大量的进程！
既然如此，那操作系统要不要将所以后的进程管理起来呢？
当然要，不要不就乱套了？当前想调用哪个进程，想让哪个进程占用 CPU 资源，
想执行哪个资源，数据一大你不管怎么行？所以我们刚才再次讲解了操作系统管理的概念：
被管理对象的管理本质上是对数据的管理。那么 对进程的管理，本质上就是对进程数据的管理。
所以还是那句话 —— 我们需要 先描述再组织。（上一章我们讲过）
所以，当一个程序加载到内存时，操作系统做的不仅仅只是把代码和数据加入到内存，
还要管理进程，创建对应的数据结构。我们讲的是 Linux 操作系统，
Linux 操作系统的内核是 C 语言写的，所以我们管理进程，就要先描述再组织，
那描述一个事物我们当然是要用 ——
0x02 进程控制块（PCB）
/* Process Ctrl Block */struct task_struct { 进程的所有属性数据};在操作系统中，我们把描述进程的结构体称为 
(Process Ctrl Block) 。
在很多教材中，会把 
称为 进程控制块。
❓ 为什么每个进程都要有 
呢 （task_struct）？
? 因为操作系统要管理我们的进程，想要管理就必须要 "先描述再组织" 。
❓ 为什么我们的 task_struct 每个进程都要有呢？
? 因为这是为了管理进程而描述进程所设计的结构体类型，将来当有一个进程加载到内存时，
操作系统在内核中一定要为该进程创建 task_struct 结构体变量，
并且要将该变量链入到全局的链表当中。要删掉一个进程，实际上就是遍历所有的链表结点，
把对应进程的 
和代码都释放掉，这就叫对链表做管理。
最终你会发现，操作系统对进程的管理，最终变成了对链表的增删查改。
什么是进程？目前为止我们可以总结成：进程 = 可执行程序 + 该进程对应的内核数据结构
? task_struct 是一个非常大的结构体：
struct task_struct { volatile long state; void *stack; atomic_t usage; unsigned int flags; unsigned int ptrace; unsigned long ptrace_message; siginfo_t *last_siginfo; int lock_depth; #ifdef CONFIG_SMP#ifdef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW int oncpu;#endif#endif...}
0x03 系统接口
OS 为神马要给我们提供服务呢？因为计算机和 OS 设计出来就是为了给人提供服务的。
printf or cout 
向显示器打印，显示器是硬件
所谓的打印，本质就是将数据写到硬件。
你自己的 C 程序，有资格向硬件写入吗？你是没有资格这么做的。
如何提供服务？
操作系统不相信任何人的，不会直接暴露自己的任何数据结构，代码逻辑，其他数据相关的细节。
想做系统是通过 系统调用 的方式，对外提供接口服务的。
Linux 操作系统是用C语言写的，这里所谓的 "接口"，本质就是C函数。
我们学习系统编程，本质上就是学习这里的系统接口。
Ⅱ. 进程查看
0x00 通过指令查看进程
我们先创建一个 mytest.c 文件，然后写上一个死循环，每隔1秒就打印一句话：
生成 mytest 可执行文件后，使用 ldd 和 file 去查看：
对我们来说，既然它是 executable 那么就是可执行文件，它就是在磁盘上放着。
而我们使用的是云服务器，所以不是在你自己电脑的磁盘上，而是在云服务器的磁盘上放着。
接下来我们 ./mytest 去运行它，此时这个程序就变成了一个进程：
那么此时，在系统中我们可以使用 ps 查看进程：
$ ps aux$ ps ajx/* 含义 */1）ps a 显示现行终端机下的所有程序，包括其他用户的程序。2）ps -A 显示所有程序。3）ps c 列出程序时，显示每个程序真正的指令名称，而不包含路径，参数或常驻服务的标示。4）ps -e 此参数的效果和指定"A"参数相同。5）ps e 列出程序时，显示每个程序所使用的环境变量。6）ps f 用ASCII字符显示树状结构，表达程序间的相互关系。7）ps -H 显示树状结构，表示程序间的相互关系。8）ps -N 显示所有的程序，除了执行ps指令终端机下的程序之外。9）ps s 采用程序信号的格式显示程序状况。10）ps S 列出程序时，包括已中断的子程序资料。11）ps -t <终端机编号> 指定终端机编号，并列出属于该终端机的程序的状况。12）ps u 以用户为主的格式来显示程序状况。13）ps x 显示所有程序，不以终端机来区分。14）ps -l 显示详细PID信息我们这里就先用 ps aux 来做个演示：
此时他就会将你系统中所有的进程显示出来，这些都是系统中所对应的相关启动进程。
我们刚才直接使用 ps aux 打出来的都是以行为单位，如何我想查看我们刚才的 mytest 进程呢？
我们可以尝试使用 grep 抓一下：
$ ps aux | grep 'mytest'? 结果如下：
诶？这个
怎么也看得到？不要惊讶，请坐：
如果你不想见到 
进程，你就把 grep 关键字屏蔽掉就行：
$ ps aux | grep 'mytest' | grep -v grep看到这里，你应该能发现了，其实没有什么神奇的，就相当于所有的指令是进程而已。
Windows 下的任务管理器：
0x01 通过 proc 目录查看进程信息
上面我们讲述了查看进程的第一种方式，即最常用的 ps aux 。
下面我们要来讲解第二种方式，在讲解之前我们先来探讨一下 "当前路径"
ls /
proc：内存文件系统，里面放的是当前系统实时的 进程信息。
既然如此，现在我们就用 
看一下我们的 process 进程信息：
这些都是什么玩意？乱七八糟的，蓝色标出的是目录……
此时我们要先引入一个新的概念：进程 pid （process id）
0x02 进程 ID（pid）
上面的这些蓝色的数字，实际上就是进程的 
，这个我们讲完 
之后会说。
每一个进程在系统中，都会存在一个惟一的标识符！
这就如同每个人都有身份证号一样，进程也需要标号的，所以每个进程都存在有一个 
。
我们的 mytest 现在还在后台欢快的跑着呢，此时我们可以把所有的 title 列名称显示出来：
ps aux | head -1
此时我们成功把属性提取出来了，我们使用 && 进行下一步操作
（逻辑与，前面指令成功再执行下面的指令）
ps aux | head -1 && ps aux | grep 'mytest' | grep -v grep
这就是当前进程的 
，刚才我们说了： 
里保存的是内存当中实时的进程信息。
那我们在 
目录下找到这个 
，发现这个 
目录确实存在！
ls /proc/找到的pid
既然是实时的，那我们把跑的正欢的 mytest 进程 ctrl+ c 干掉，
看看这个文件夹是否还健在：
我们再用同样的指令去查，那 
目录下的内容应当是不复存在的：
我们已经证明了实时的概念，现在我们再去研究一下进程的信息，我们再把进程启动起来。
启动之后再查 
，发现还是没有：
呵呵，那是当然的，原因很好猜，因为重开了嘛！我们在用指令去查看新的 
：
ps aux | head -1 && ps aux | grep 'mytest' | grep -v grep
进程 
发生了变化：
好了，现在我们知道 
是 
了，我们进去查看下进程属性：
这里面的东西很多，目前想搞懂里面都是做什么的还为时尚早，我们先 -al 看看细节：
$ ls /proc/10117 -al我们重点去关注 exe 和 cwd：
下面我们先终止进程，修改一下 mytest.c 文件的内容，给它加一个文件操作：
#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(void) { FILE* fp = fopen("log.txt", "w"); // 若不存在就创建之 while (1) { printf("I am m a process!\n"); sleep(1); }}
成功运行，此时我们 ls 就能发现当前路径下多出一个 log.txt 文件，这就是我们自己创建的：
我们早在《维生素C语言》专栏就说过，fopen 后面如果不带路径，那么会默认在当前路径。
所谓的当前路径，其本质！也浮现出来了 —— 当前进程所在的路径
进程会自己维护，进程会知道自己的工作路径在哪里：
（说实话，博主真的画嗨了哈哈哈哈受不了了太好笑了）
，当前路径，这些东西在哪里呢？
进程的内部属性！在进程的进程控制块 
(task_struct) 结构体中！
0x03 获取 pid（getpid 函数）
下面我们隆重介绍下获取 
的函数 —— getpid()
想要查看进程 
，一定是这个进程得运行起来。
我们不妨先问问 Linux 手册中的那个男人，getpid 的下落：
$ man 2 getpid
? 我们修改一下刚才的 mytest.c 代码：
#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void) { while (1) { printf("I am m a process! , pid: %d\n",getpid()); sleep(1); }}? 运行结果如下：
启动后，我们发现我们的 mytest 可执行程序的 
为 
。
是否果真如此？我们还是用 ps aux 验证一下看看：
ps aux | head -1 && ps aux | grep 'mytest' | grep -v grep
0x04 杀进程（kill -9）
我们再来回忆一下我们是如何杀掉一个进程的…… 
这是我们之前讲的，在 Linux 命令行中的热键，遇到问题解决不了可以用它来中止。
所谓的 
就是用来杀进程的。除此之外，你也可以选择在另一个终端中使用 kill 命令：
$ kill -9 [pid] # 给这个进程发送9号信号当前你只需要知道可以通过 kill -9 命令杀掉进程就行了，至于这个 
号信号，我们会放在后面的信号章节去讲！
比如我们现在想杀掉刚才运行的, 打出进程 
的 mytest 进程，其 
为 
：
0x05 父进程 ID（ppid）
(parent process id) 其实就是父进程 
。
可以通过 getpid() 函数获取，其实 
也有与之对应的函数，那就是 getppid() 。
我们还是从 mytest.c 下手，刚才我们加入了 getpid， 现在我们再给句子后面加入 getppid。
我们再次清楚那个男人 —— man 手册出来：
? 代码：mytest.c
#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void) { while (1) { printf("I am m a process! , pid: %d, ppid: %d\n",getpid(), getppid()); sleep(1); }}? 代码运行结果：
我们从中得知，其 
我们还是验证一下，这里要看 
，刚才的 ps aux 是显示不到的，这里介绍一下 ps ajx ：
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 'mytest' | grep -v grep
ps ajx 就能把 
和 
同时显示出来了。
我们刚才发觉到 
在每次启动都会重新分配，但是好像这里的 
似乎恒定不变啊。
❓ 思考：我的父进程为什么不变？是谁呢？
这个神奇的父进程 
是何许人也？我们来把他挖出来看看：
ps axj | head -1 && ps axj | grep 24506
我们的父进程竟然是一个叫 
的东西！这个现象，我们可以推导出一个假设：
几乎我们在命令行上所执行的所有指令包括你自己定义的 cmd，都是 
进程的子进程。
0x06 使用 fork() 创建子进程
" fork！！！其实就是父亲用来造孩子的工具 "
fork()
fork 函数是用来创建子进程的， 它有两个返回值。父进程返回子进程的 
，给子进程返回 0。
" 哈哈哈哈，fork 函数居然有 2 个返回值。"
? 代码演示：我们来看看会发生什么
#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void) { pid_t id = fork(); printf("Hello, World!\n"); sleep(1);}? 运行结果如下：
现在我们再来验证一下返回值的问题，我们把 id 给打印出来：
#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void) { pid_t id = fork(); printf("Hello, World! id: %d\n", id); sleep(1);}
打印了两次 printf ……
❓ 思考：
同一个 id 值，使用打印，没有修改，却打印出来了不同的值？为什么？这合理吗？fork 如何做到会有不同的返回值？哈哈哈真的有够逆天的，如果你之前没有学过这块知识，只是学习了C语言，
（这部分知识我们将在进程地址空间中讲解）
刚才已经很离谱了，现在我们再看一个离谱的东西 ——
C 语言上 if 和 else if 可以同时执行吗？C语言中，有没有可能两个以上的死循环同时运行？
不可能，绝对不可能。但是马上你就能看到这一神奇现象：
#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void) { pid_t id = fork(); /* id: 0 子进程， >0 父进程 */ if (id == 0) { // child while (1) { printf("我是子进程，我的pid: %d，我的父进程是 %d\n", getpid(), getppid()); sleep(1); } } else { // parent while (1) { printf("我是父进程，我的pid: %d，我的父进程是 %d\n", getpid(), getppid()); sleep(1); } }}? 运行结果如下：
我们发现，这两块代码是可以同时执行的。
原因：fork 之后，父进程和子进程会共享代码，一般都会执行后续的代码。这也是为什么刚才的 printf 会打印两次的原因。fork 之后，父进程和子进程返回值不同，所以可以通过不同的返回值去判断，让父子执行不同的代码块。
❓ 问题1：父进程返回子进程的 
，给子进程返回 0，为什么？
父进程必须有标识子进程的方案，fork 之后给父进程返回子进程的 
。子进程最重要的是要知道自己被创建成功了，因为子进程找父进程的成本非常低。
如果想获取，直接 getppid() 即可。
❓ 问题2：为什么 fork 会返回两次？
fork 函数，OS syscall call，fork 之后，OS 做了什么？是不是系统多了一个进程？
task_struct + 进程代码和数据task_struct + 子进程的代码和数据子进程的 task_struct 对象内部的数据基本是从父进程继承下来的。
子进程执行代码，计算数据的，子进程的代码从哪里来呢？
和父进程执行同样的代码，fork 之后，父子进程代码共享，而数据要各自独立！
父进程代码共享，让不同的返回值，让不同的进程执行不同的代码。
"如此一来，就让父子有了协作。"
? 总结：我们在系统调用后，fork 本质是系统多了一个子进程，也就多了一个 task_struct，该进程控制块会几乎继承父进程，代码父子进程共享，但数据是各自私有的。
fork 的时候是要执行很多创建代码的逻辑的，最终 fork 会有两个返回值，一定是它曾经返回了2,次，因此一定会调用，return pid。
调用一个函数，当这个函数准备 return 的之后，那么这个函数的核心功能完成了吗？
当我们函数准备执行 return 的时候，函数的核心功能已经完成：
① 子进程已经被创建了
② 将子进程放入运行队列
最后，return 是代码吗？是的！所以当我们走到 return 时父进程有了，子进程也已经在运行队列了，fork 后代码共享，父子进程当然会执行后续被共享的 return 代码。因此，父进程执行一次 return，子进程执行一次 return，最后就是两个返回值了。
"以后凡是说进程，必须先想到进程的 task_struct "
? [ 笔者 ] 王亦优? [ 更新 ] 2022.3.❌ [ 勘误 ] /* 暂无 */? [ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免， 本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！| ? 参考资料 C++reference[EB/OL]. []. http://www.cplusplus.com/reference/. Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. . 百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/. 比特科技. Linux[EB/OL]. 2021[2021.8.31 he |