Linux进程入门：理解进程管理

前言：

本文将逐步深入探讨进程相关内容。在进入进程讨论之前，我们需要再次回顾操作系统的基本概念。接下来，我们会介绍进程的定义、如何查看进程，以及在Linux中与进程相关的文件等问题。进程是一个庞大的主题，会持续更新多节，因此其知识点较为复杂，同学们需要特别注意。

首先，我们需要理解为什么需要操作系统。

操作系统的主要工作是管理软硬件资源。管理硬件是通过驱动程序实现的，这些程序将硬件数据组织成链表，操作系统可以直接修改链表信息，从而通过驱动程序管理硬件。这种方法是先描述再组织，最终实现对硬件的管理。然而，操作系统的根本目的是为用户提供良好、稳定、高效和安全的服务，因此需要采用相应的方法来管理各种资源。

从操作系统的结构图中我们可以看到，操作系统包括进程管理等多种管理功能。操作系统在管理进程时，允许多个进程同时存在。例如：

这些都是进程。要查看电脑中的进程，只需按esc + shift + ctrl打开任务管理器即可。这证明了进程是可以多重存在的。

那么，什么是进程呢？

如果将某个工程的数据和代码加载到内存中，代码是否会自动运行呢？答案是否定的，因为CPU并没有读取这些数据。当代码开始运行时，就产生了一个进程。进程不仅仅是正在运行的程序，它是由PCB（进程控制块）加上自己的代码和数据构成的。

那么，什么是PCB呢？PCB是一个包含多种数据类型的结构体，用于存储进程的相关信息。类比于操作系统管理硬件时需要硬件信息来构建链表，操作系统通过修改链表实现对硬件的管理。PCB的全称是process control block，即进程控制块。之所以称为控制块，是因为操作系统可以通过对PCB的操作来控制进程。

因此，我们得出结论：进程 = PCB + 自己的代码和数据。

为什么需要PCB的概念呢？

因为操作系统遵循“先描述再组织”的原则。通过PCB，操作系统可以在内存中以链表的形式连接多个进程，每个PCB包含指向下一个PCB的指针。这样，操作系统可以通过管理链表来管理进程。

具体的PCB结构体名称是task_struct。外国人将其称为task，因为他们认为这是任务的一种表现形式。

进程是动态运行的，我们如何理解动态运行呢？

在内存中，操作系统占据一定空间，用于管理各种软硬件。当不同的进程进入内存时，需要排队处理。因此存在task_queue，即进程队列。动态运行实际上是多个PCB排队的过程。

具体内容将在后续文章中详细介绍。

现在让我们来看看task_struct的内部属性：

无论是运行指令还是编写代码，本质上都是创建一个进程。指令执行得非常快，我们通常看不到其过程。那么，如何区分不同的进程呢？每个进程都有一个唯一的标识，即pid（进程ID），类似于学生的学号。

我们如何查看pid呢？

在回顾上篇文章中介绍的系统调用接口：

系统调用是操作系统提供的函数，我们从未调用过它，现在是时候调用我们人生中的第一个系统调用接口了。我们使用man手册查询可知：

从手册说明中我们了解到，2号接口是系统库函数调用，即我们即将学习的getpid：

#include 
#include 
#include 

int main()
{
  printf("I am a process\nMy pid is %d\n",getpid());
  return 0;
}

有趣的是，getpid()函数需要两个头文件才能使用。

打印结果正常，每次运行的进程ID都不同，我们的初步目标已经达成。但进程肯定不止这些内容，我们应该输入ps -xaj来查看，这里先记住，xaj的顺序无关紧要：

#include 
#include 
#include 

int main()
{
  while(1)
  {
    printf("I am a process\nMy pid is %d\n",getpid());
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

我们修改代码为死循环，以便观察：

我们使用管道筛选出包含test的进程，前两个我们可以理解，但为什么grep也有呢？因为ps -xaj打开了进程，通过管道筛选，筛选也是一个进程。如果我们不想看到grep进程，可以使用：

使用grep -v grep反向筛选出不含grep的进程：

当然，直接使用ps -xaj就相当于Windows中的任务管理器，可以查看所有进程。

我们可以看到，打印出来的pid是14191，在打印出来的head -1中也有pid，也是14191，所以pid打印是没有问题的。

现在我们再来看ppid是什么？ppid的全称是parent process id，即父进程的ID。有人可能会问，父进程？这东西还有继承关系吗？我们可以在一个进程中创建多个进程，使用到的函数是fork()：

这里有一个非常有趣的点，会颠覆你的编程观念，即返回值pid_t，本质上是unsigned int，这里先留个悬念。

我们来看一段有趣的代码：

#include 
#include 
#include 

int main()
{
  printf("I am a father process!\n");
  fork();
  printf("I am a child process\n");
  return 0;
}

试问这段代码的运行结果是什么？

直接看结果：

可以发现打印了两次第二次的printf，我们可以这样理解：我是一个公司老板，在没有招员工之前一直做相同的事，招了员工之后，员工和我做相同的事，但我之前做的工作员工还需要做吗？不需要，所以第一行的printf不会执行，父进程原本的代码是要执行printf的，所以会打印两次child process。

  while(1)
  {
    printf("This is parent process:%d\nThis is child process：%d\n",getppid(),getpid());
    sleep(1);
  }

打印结果显示，父进程的ID是22252，子进程ID是22239，在ppid和pid下面也得到了验证。

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