[ Linux ] 进程概念，pcb，查看进程，pid，ppid，fork

1. 进程

1.1 基本概念

• 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

什么是程序的一个执行实例呢，我们在win系统中可以理解为正在运行的一个程序，那程序和进程有什么区别呢？我们可以打开任务管理器查看正在运行的进程。在内核观点中，一个需要系统分配资源（CPU时间，内存）的实体就是一个进程。

我们可以理解为 进程 = 可执行程序+对应的tast_struct（PCB）

1.2 描述进程 - PCB 

• 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
• 课程上称为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是：​​task_struct​​

为什么管理进程要有PCB?

因为操作系统要管理进程，必须先描述再组织，因此每个进程都要有PCB（是操作系统管理描述的结构体类型）

我们可以看看Linux内核源代码（2.6版本），这个结构体非常大！

task_struct-PCB的一种

• 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct
• task_struct是Linux内核的一种数据结构，他会被装到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

1.3 查看进程

1.3.1 第一种方式

我们在Linux下写一个简单的写循环C代码,我们可以使用这条命令系统进程

ps axj

C程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
while(1)
{
printf("这是一个进程\n");
sleep(1);

}
return 0;
}

我们要想查看mytest的进程输入这条指令

ps ajx | grep mytest.c

1.3.2 第二种方式

进程信息可以通过/proc系统文件夹查看。proc内有当前系统实时的进程信息！

我们进入proc文件夹，发现内部有许多蓝色的东西，这些是什么呢？

 这些蓝色的东西叫做进程的pid,每一个进程在系统中都会存在一个唯一的标识符！就如同我们在学校都有一个唯一的学号，这个标识符就是pid！

我们首先通过下面指令找到我们这段C语言的pid 

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 'mytest' | grep -v grep

此时我们进入proc文件夹 查找pid为2670的进程，我们说proc下是实时的进程信息，因此我们让C语言程序运行起来时，我们应该可以找到这个路径

​编辑当我们终止C程序时，根据实时查找我们应该无法查找到该路径

 

注：每次程序启动时的进程pid可能不同。

 

1.4 通过系统调用获取进程标识符

• 进程id(pid)
• 父进程（ppid）

我们在刚刚查看进程时，我们发现pid前还有一个ppid，那么pid 这些东西都在哪里呢？

这些都是进程的内部属性！ 属性是数据，因此这些所有东西都在进程的进程控制块中（PCB）tast_struct结构体中。

1.4.1 获取进程的pid

我们可以使用man帮助手册查看getpid

man 2 getpid

 我们通过C程序查看pid

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main(){
while(1)
{
printf("这是一个进程 pid = %d \n",getpid() );
sleep(1);
}
return 0;
}

C程序运行结果 

系统查看PID

我们在Linux中要终止一个程序可以使用ctrl+C，我们学习了进程之后，如果一旦获取到进程的pid，我们也可以通过kill命令杀掉该进程（其中-9 为9号信号）

kill -9 [进程pid]

1.4.1 ppid

我们首先获取一个ppid，我们使用C程序来打印

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main(){
while(1)
{
printf("这是一个进程 pid = %d,ppid = %d \n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
return 0;
}

我们也可以也可以通过指令查一下

我们多次启动该进程发现ppid不发生变化，而pid一直在变

 

我们使用指令查看一下该进程发现是一个bash。几乎我们在命令行上所执行的所有的指令（你的cmd）都是bash进程的子进程！

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 7670

1.5 创建子进程

我们创建进程有很多方法 现在我们知道./运行程序可以创建，我们也可以通过代码创建子进程fork(),首先我们使用man手册看一下fork的使用方法

fork有两个返回值

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pid，给子进程返回0

首先我们写一段C程序来验证一下fork函数有两个返回值

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
pid_t id = fork();

printf("hello fork\n");
sleep(1);

return 0;
}

运行这段程序我们发现hello fork打印了两遍，我们明明在程序中只写了一个printf函数，怎么会有两个hello fork打印结果呢？

再次我们对代码进行修改

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
pid_t id = fork();

printf("hello fork! id = %d\n",id);
sleep(1);

return 0;
}

我们查看这段编译的结果，我们查看id的结果居然都不同！在C语言中怎么可能一个id有两个不同的值呢？这个问题我们暂时回答不了，当我们学习完进程地址空间中再来回答。

此时我们知道了id为0是子进程，id大于0是父进程，此时我们写一段程序来查看一下

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
pid_t id = fork();

//id：0子进程 >0是父进程
if(id == 0)
{
//子进程
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
{
//父进程
while(1)
{
printf("我是父进程，我的pid：%d,我的父进程是：%d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
//binprintf("hello fork! id = %d\n",id);
// sleep(1);
return 0;
}

我们在C语言中，if和else可以同时进行吗，两个while循环可以同时进行吗？

我们通过打印这段代码发现 这些都是可能的！！！

结论：

• fork之后，父进程和子进程会共享代码，一般会执行后续的代码 -- printf为什么会打印两次的问题
• fork之后，父进程和子进程返回值不同，可以通过不同的返回值，判断，让父子执行不同的代码块！

为什么fork()给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0？

在现实生活中，父亲：儿子 = 1：n（n>=1）父亲为了区别儿子，会给儿子起不同的名字。类比到这里就是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pid!

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（直接getppid()）

为什么fork()会返回两次？

fork（）函数是OS提供的系统调用接口（OS system call），fork之后，OS做了什么？父进程有自己的tast_struct+父进程的代码和数据，创建进程系统多了一个进程，子进程也应该有自己的tast_struct+子进程的代码和数据。

子进程的tast_struct 对象内部的数据从哪里来呢？--》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？--》 子进程和父进程执行同样的代码，父子进程代码共享！而数据要各自独立（比如pid一定不同）

虽然代码相同，但是可以通过不同的返回值，可以执行不同的代码。

（本篇完）