[linux] 进程相关概念理解-天翼云

@TOC

1. 什么是进程

[linux] 进程相关概念理解

假设在一个文件中写代码，并生成一个可执行程序在磁盘中，可执行程序本质也是一个二进制文件

文件 =内容+属性

内容即自己写的代码和数据

属性即创建时间、权限等信息

[linux] 进程相关概念理解

使用 ./ 将其加载到内存中，cpu访问代码和数据，从而执行代码，
把代码和数据放入内存中就可以叫做进程么？当然不是！
- 举例：
如何成为你的学校的学生呢？
只要想办法进入你的学校里，在学校里，就是你的学校的学生么？
当然不是，看门的大爷和楼管阿姨也在学校里
想要成为学生，必须在学籍档案中有你个人的基本信息
同理，只把代码和数据放入内存中，不叫作进程
为什么基本信息在学籍档案中呢？
因为学校要对学生管理

[linux] 进程相关概念理解

随着程序加载到内存的数量增多，操作系统就要考虑如何把加载的代码个数据进行管理，

所以操作系统要管理进程

管理的本质是先描述，在管理</font> (不懂的可以点击查看具体解释)

管理本质的解释

描述

[linux] 进程相关概念理解

使用结构体构建了结构体对象，在操作系统教材中叫做 PCB ，在Linux中叫做 task_struct

并且结构体提取了所有进程的属性

同样使用各自的结构体，可以找到各自的代码和数据

组织

将结构体通过特定数据结构关联起来(以链表为例)

[linux] 进程相关概念理解

通过链表的增删查改操作，来完成对进程的增加、删除、查找、修改

结论

进程是内核关于进程的相关数据结构+当前进程的代码和数据

2.查看进程

查看进程方法1

#include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 int main()
  4 {
  5   while(1)
  6   {
  7     printf("hello world\n");
  8     sleep(1);                                                                                                                                                        
  9   }
 10   return 0;
 11 }

创建一个pro.c的文件，同时生成一个可执行程序pro，使之无线循环下去

创建终端

[linux] 进程相关概念理解

在第一个终端中点击右键，复制SSH渠道，就会自动生成终端2

输入命令显示进程

在保证终端1的pro程序运行时，在第二个终端中
ps axj 查看当前系统中所有的进程
head -1 取第一行指令
grep pro 只查看自己的进程
grep -v grep 除了grep的内容显示出来输入 ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep，即可查看当前pro可执行程序的进程

[yzq@VM-8-8-centos ~]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 3754  3943  3943  3754 pts/0     3943 S+    1002   0:00 ./pro

一个程序存在多个进程

首先创建三个终端

[linux] 进程相关概念理解

在终端2和终端3中同时运行 ./pro ，再次在终端1中使用指令ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep，发现生成两个PID值不同的进程，将一个可执行程序多次加载内存，可执行程序内部存在多个进程

查看进程方法2

ls /proc，proc 为process的简称，保存进程相关属性的目录

[linux] 进程相关概念理解

蓝色的数字就是进程的PID

查看成功

在保证终端1正在运行./pro，在终端2中以第一次生成的PID为例

[linux] 进程相关概念理解

PID值为3943，ls proc/3943，即可查看相关的进程属性

[linux] 进程相关概念理解

查看失败

若将终端1的pro可执行程序关闭，则进程不存在

[yzq@VM-8-8-centos ~]$ ls /proc/28439
ls: cannot access /proc/28439: No such file or directory

结论

当把进程创建时，proc目录下会自动创建以PID命名的目录，里面会把内存运行的属性呈现出来
当把进程终止时，proc目录下会自动把PID命名的目录全部删除

3.通过系统调用获取进程标识符

1.获取PID值

getpid 需要头文件 <sys/types.h> 和<unistd.h>，返回值为 getpid_t类型，表示当前进程的PID值

#include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6   while(1)
  7   {
  8     printf("我已经是一个进程了，PID为：%d\n",getpid());                                                                                                              
  9     sleep(1);                                                                                                                        
 10   }                                                                                                                                  
 11   return 0;                                                                                                                          
 12 }

在之前的pro.c文件进行修改，将其内容修改为上面的，并在终端1中使用./pro 执行可执行程序

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286
我已经是一个进程了，PID为：28286

会生成不间断的相同PID值

验证PID值是否正确

再次创建一个终端，并命名为终端2，并保证上述的pro程序在终端1中运行的情况下，使用指令 ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep，发现PID值相同

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
26652 28286 28286 26652 pts/0    28286 S+    1002   0:00 ./pro

2. 获取父进程PID值

getppid 头文件与getpid相同，返回值为父进程的PID值

1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6   while(1)
  7   {
  8     printf("我已经是一个进程了，PID为：%d,我的父进程PID为:%d\n",getpid(),getppid());                                                                                 
  9     sleep(1);                                                                                                                                                    
 10   }                                                                                                                                                              
 11   return 0;                                                                                                                                                      
 12 }

再次将终端1中的pro.c文件内容修改为上面

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：1013,我的父进程PID为:32452
我已经是一个进程了，PID为：1013,我的父进程PID为:32452
我已经是一个进程了，PID为：1013,我的父进程PID为:32452
我已经是一个进程了，PID为：1013,我的父进程PID为:32452

在终端1中输入./pro，显示当前进程PID为 1013，父进程PID为 32452

验证

，在确保终端1中的pro可执行程序正在运行，打开终端2，输入ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep 指令

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep pro | grep -v grep 
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
32452  1013  1013 32452 pts/2     1013 S+    1002   0:00 ./pro

说明使用getppid查询结果正确

3. 父进程为什么不变化？

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：2050,我的父进程PID为:32452
^C
[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：2059,我的父进程PID为:32452
^C
[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：2065,我的父进程PID为:32452
^C

在终端1中多次运行./pro，发现当前进程PID一直在变，而父进程的PID没变过，父进程的PID为32452，在终端2中输入， ps ajx | head -1 && ps ajx |grep 32452 指令

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ps ajx | head -1 && ps ajx |grep 32452
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
  907  3167  3166   907 pts/3     3166 R+    1002   0:00 grep --color=auto 32452
32451 32452 32452 32452 pts/2    32452 Ss+   1002   0:00 -bash

说明父进程PID 为 -bash，bash为命令行解释器，本质上也是一个进程
命令行启动的所有程序，最终都会变成进程，而该进程对应的父进程都是bash

4. 为什么都是bash？

bash怕你写的代码有问题，所以使用bash创建的子进程完成任务，这样就算是挂了，bash也没事

4.指定进程暂停

在终端1中运行./pro，在终端2中输入 kill - 9+自己进程的PID

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
我已经是一个进程了，PID为：29031,我的父进程PID为:28428
Killed

在终端2中输入 kill - 9 29031，即可在终端1中显示killed，表示结束

5.如何创建子进程

创建子进程—— fork，头文件为<unistd.h> ，返回值是 pid_t类型

#include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6   printf("AAAA\n");
  7   fork();
  8   printf("BBBB\n");
  9  sleep(1);                                                                                                                                                           
 10   return 0;                                                 
 11 }

继续在终端1中修改pro.c文件中的内容如上

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
AAAA
BBBB
BBBB

运行pro可执行程序，发现竟然执行两次BBBB
这是为什么呢？我们继续往下看

#include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6   printf("AAAA\n");
  7   fork();
  8   printf("BBBB:pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());                                                                                                                
  9  sleep(1);                                                                                                                                                          
 10   return 0;                                                                                                                                                         
 11 }

修改por.c文件的内容，加上自己和父进程的PID值

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
AAAA
BBBB:pid:4285,ppid:31919
BBBB:pid:4286,ppid:4285

终端1中./pro运行可执行程序，
两个执行B的printf语句打印自己进程的PID值不同，说明是两个进程，而下面BBBB的父进程PID与上面BBBB的子进程PID相同，说明创建了子进程

1. fork返回值

父进程返回子进程的PID值，子进程返回0，失败返回-1

1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6   printf("AAAA\n");
  7  pid_t ret= fork();
  8   printf("BBBB:pid:%d,ppid:%d,%d,%p\n",getpid(),getppid(),ret,&ret);
  9  sleep(1);                                                 
 10   return 0;                                                
 11 }

修改pro.c文件内容，加上ret的值和地址

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
AAAA
BBBB:pid:7799,ppid:31919,7800,0x7ffefc72c02c
BBBB:pid:7800,ppid:7799,0,0x7ffefc72c02c

在终端1中运行./pro，上面的BBBB，ret值返回是下面BBBB的PID值，说明是父进程而下面的BBBB，ret值为0,说明是子进程

2.使父子进程执行不同的任务

#include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6  pid_t ret= fork();
  7  if(ret==0)
  8  {
  9    //子进程
 10    while(1)  
 11    {
 12    printf("我是子进程，我的pid是:%d,我的父进程是:%d\n",getpid(),getppid());
 13    sleep(1);
 14    }
 15     
 16  }
 17  else if(ret>0)
 18  {
 19    //父进程
 20    while(1)
 21    {
 22    printf("我是父进程，我的pid是:%d,我的父进程是:%d\n",getpid(),getppid());
 23    sleep(1);
 24    }                                                                                                                                                                 
 25  }
 26  else
 27  {   
 //报错
 29  }         
 30   return 0;
 }

修改pro.c文件的内容，设置if else语句实现

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我是父进程，我的pid是:13505,我的父进程是:31919
我是子进程，我的pid是:13506,我的父进程是:13505
我是子进程，我的pid是:13506,我的父进程是:13505
我是父进程，我的pid是:13505,我的父进程是:31919
我是子进程，我的pid是:13506,我的父进程是:13505
我是父进程，我的pid是:13505,我的父进程是:31919
我是父进程，我的pid是:13505,我的父进程是:31919
我是子进程，我的pid是:13506,我的父进程是:13505

父进程和子进程是同时运行的说明在多执行流的环境下 if和else if可以同时成立

3. 结论

fork之后，执行流会变成2个<font color=red>fork之后，谁先运行由调度器决定，fork之后，fork之后的代码共享，通常通过if和else if来进行执行流分流

6. fork 原理

1.fork做了什么

[linux] 进程相关概念理解

子进程pcb的大部分属性会以父进程pcb为模板，把父进程大部分里面的数据拷给子进程
小部分属于子进程私有的，例如PID、PPID值因为进程等于数据结构+代码和数据，所以父进程指向自己的代码和数据，子进程也会指向同样的代码和数据，创建子进程：创建独立的pcb结构，父子进程看到的是同一份代码和数据

2.fork 如何看待代码和数据

[linux] 进程相关概念理解

当我们把画图关闭后，并不会影响有道云笔记的使用，说明他们都是独立存在的，进程在运行的时候，是具有独立性的当我们在执行代码同时运行父子进程时，若使用 kill- 9 干掉父进程后，子进程仍能运行父子进程在运行时，也是具有独立性的

父子进程指向同一块代码和数据，独立性如何保证？

代码：代码在内存区域是只读的(从来不会自己发生变化,不会有人修改) 父子进程两者都读，不会互相影响数据：

1 #include<stdio.h>  
  2 #include<sys/types.h>  
  3 #include<unistd.h>  
  4 int main()  
  5 {  
  6   int x=100;  
  7  pid_t ret= fork();  
  8  if(ret==0)  
  9  {  
 10    //子进程  
 11    while(1)  
 12    {
 13    printf("我是子进程，我的pid是:%d,我的父进程是:%d,%d\n",getpid(),getppid(),x);
 14    sleep(1);
 15    }
 16     
 17  }
 18  else if(ret>0)
 19  {
 20    //父进程
 21    while(1)
 22    {
 23    printf("我是父进程，我的pid是:%d,我的父进程是:%d,%d\n",getpid(),getppid(),x);
 24    x=50;
 25    sleep(1);
 26    }
 27  }
 28   return 0;
 29 }

在终端1中修改pro.c文件的内容

[yzq@VM-8-8-centos lesson]$ ./pro
我是父进程，我的pid是:26332,我的父进程是:21231,100
我是子进程，我的pid是:26333,我的父进程是:26332,100
我是父进程，我的pid是:26332,我的父进程是:21231,50
我是子进程，我的pid是:26333,我的父进程是:26332,100
我是父进程，我的pid是:26332,我的父进程是:21231,50
我是子进程，我的pid是:26333,我的父进程是:26332,100
我是父进程，我的pid是:26332,我的父进程是:21231,50
我是子进程，我的pid是:26333,我的父进程是:26332,100

使用./pro执行可执行程序，修改父进程中的x值后，只有父进程的x值被修改，子进程x值不变说明如果有一个进程把数据改了，并不会影响另一个进程当有一个执行流尝试修改数据的时候，操作系统自动给当前进程触发：写时拷贝

3.fork如何理解两个返回值问题

[linux] 进程相关概念理解

当我们函数内部准备执行return的时候，我们的主体功能已经完成
fork本质上是操作系统提供的一个创建子进程的函数
所以当到return时，说明创建子进程已经完成了，return语句，父进程会执行一次，子进程执行一次，共执行两次

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[linux] 进程相关概念理解

[linux] 进程相关概念理解

1. 什么是进程

管理本质的解释

描述

组织

结论

2.查看进程

查看进程方法1

创建终端

输入命令显示进程

一个程序存在多个进程

查看进程方法2

查看成功

查看失败

结论

3.通过系统调用获取进程标识符

1.获取PID值

验证PID值是否正确

2. 获取父进程PID值

验证

3. 父进程为什么不变化？

4. 为什么都是bash？

4.指定进程暂停

5.如何创建子进程

1. fork返回值

2.使父子进程执行不同的任务

3. 结论

6. fork 原理

1.fork做了什么

2.fork 如何看待代码和数据

父子进程指向同一块代码和数据，独立性如何保证？

3.fork如何理解两个返回值问题

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