Linux進(jìn)程概述

進(jìn)程的概念

進(jìn)程是 Linux 事務(wù)管理的基本單元，所有的進(jìn)程均擁有自己獨立的處理環(huán)境和系統(tǒng)資源。進(jìn)程的環(huán)境由當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)及其父進(jìn)程信息決定和組成，將某個可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存中運行，那么就會演變成一個或者是多個進(jìn)程。（產(chǎn)生多個進(jìn)程的原因是進(jìn)程在運行的時候可以再創(chuàng)建新的進(jìn)程，但是加載的時候只有一個進(jìn)程），為了更好的理解進(jìn)程，以我們平時在 Linux 環(huán)境下運行一個 C 程序為例進(jìn)行說明：
代碼很簡單，hello world:

#include?

int?main(void)
{
????printf("hello?world!!!!\r\n");
????while(1);
}
如下是在終端執(zhí)行的命令：

進(jìn)程和可執(zhí)行文件的區(qū)別

說到這里，有必要說一下程序和進(jìn)程之間的關(guān)系，程序是存放在存儲介質(zhì)上的一個可執(zhí)行文件，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程。進(jìn)程的狀態(tài)是變化的，其中包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和消亡，程序是靜態(tài)的，而對于進(jìn)程來說是動態(tài)的。

我們在終端運行如下命令，可以看到如下的信息：

從上述可以看出，可執(zhí)行文件在存儲時，可以分為：代碼區(qū)（text）、數(shù)據(jù)區(qū)（data）和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（bss）三部分。對于一個進(jìn)程來說，一個進(jìn)程是一個運行著的程序段，一個進(jìn)程主要包括在內(nèi)存中宏申請的空間，代碼（加載的程序，包括代碼段，數(shù)據(jù)段，BSS）、堆、棧以及內(nèi)核進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)，打開的文件、上下文信息以及掛起的信號等。下面列出了可執(zhí)行文件和進(jìn)程的結(jié)構(gòu)：

進(jìn)程的資源

為了更好地管理 Linux 所訪問地資源，系統(tǒng)在內(nèi)核頭文件?include/linux/sched.h中定義了結(jié)構(gòu)體?struct task_struct來管理每個進(jìn)程地資源，下圖中結(jié)構(gòu)體中一部分成員的代碼截圖：

圖中僅僅知識呈現(xiàn)出一小部分內(nèi)容，結(jié)構(gòu)體 struct task_struct 主要包括線程基本信息、內(nèi)存信息、tty 終端信息，當(dāng)前目錄信息、打開的文件描述符以及信號信息，除了這些，還有其他進(jìn)程屬性，例如：PID、PPID、UID、EUID。下圖是一個關(guān)于結(jié)構(gòu)體的一個示意圖：

進(jìn)程的狀態(tài)

對于單 CPU 系統(tǒng)來說，在某一個時刻，只能有一個進(jìn)程處于運行狀態(tài)，其他進(jìn)程都處于其他狀態(tài)，等待系統(tǒng)資源，各個任務(wù)根據(jù)調(diào)度算法在這些狀態(tài)之間不停地切換。在Linux 2.6.12內(nèi)核中，用戶級進(jìn)程主要有以下幾種狀態(tài)：就緒/運行狀態(tài)、可中斷地等待狀態(tài)，不可中斷地等待狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)和僵死狀態(tài)。下面是代碼各個狀態(tài)的宏定義：

#define??TASK_RUNNING??????????0????/*?就緒?*/
#define??TASK_INTERRUPTIBLE????1????/*?中斷等待?*/
#define??TASK_UNINTERRUPTIBLE??2????/*?不可中斷等待?*/
#define??TASK_ZOMBIE???????????4????/*?僵死?*/
#define??TASK_STOPPED??????????8????/*?停止?*/
下面示意圖是用戶級進(jìn)程各個狀態(tài)之間地切換示意圖：

而對于內(nèi)核進(jìn)程狀態(tài)來說略有差異，其狀態(tài)定義如下：

進(jìn)程的屬性

pid tgid 的概念

在講述這兩個概念之前，先引入 Linux 中的另外一個概念，也就是線程，在前面提到，進(jìn)程是資源分配的基本單元，那對于線程來講，線程是 CPU 調(diào)度的最小單位。一個程序中至少有一個進(jìn)程，一個進(jìn)程中至少有一個線程。

其實，在?Linux里，無論是進(jìn)程，還是線程，到了內(nèi)核里面，都統(tǒng)一叫做任務(wù)(Task)，并且由一個統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)task_struct進(jìn)行管理。下圖是任務(wù)管理的一個示意圖：

如上圖所示的任務(wù)列表一樣，所有執(zhí)行的項目有個項目列表，所以也應(yīng)該有一個鏈表，將所有的?task_struct串起來，比如應(yīng)該有如下所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct?list_head?????tasks;
對于每一個任務(wù)來說，都應(yīng)該有一個ID,作為這個任務(wù)的唯一標(biāo)識。在task_struct里面涉及到任務(wù)ID的，有下面幾個：

pid_t?pid;
pid_t?tpid;
struct?task_struct?*group_leader;
上述中，pid是process id,tgid是thread group ID,對于任何一個進(jìn)程，如果只有主線程，那么pid是自己，tgid也是自己,group_leader指向的還是自己。

但是，如果一個進(jìn)程創(chuàng)建了其他進(jìn)程，那么就會有所變化了。線程有自己的pid，tgid就是進(jìn)程的主線程pid,group leader?指向的就是進(jìn)程的主線程。

父進(jìn)程號（PPID）

任何進(jìn)程（除 init 進(jìn)程）都是由另一個進(jìn)程創(chuàng)建，該進(jìn)程稱為被創(chuàng)建進(jìn)程的父進(jìn)程，被創(chuàng)建的進(jìn)程稱為子進(jìn)程，父進(jìn)程號無法在用戶層修改。父進(jìn)程的進(jìn)程號（PID）即為子進(jìn)程的父進(jìn)程號（PPID）。

進(jìn)程組號（PGID）

在?Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程擁有自己的進(jìn)程號（PID）和進(jìn)程組號（PGID），進(jìn)程組是一個或者多個進(jìn)程的集合，它們與同一作業(yè)相關(guān)聯(lián)，可以接收來自同一終端的各種信號。每個進(jìn)程組都有唯一的進(jìn)程組號，進(jìn)程組號可以在用戶層進(jìn)行修改。

為了更好的說明上述幾個“號”之間的區(qū)別，給出如下所示的代碼：

#include?
#include?

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????int?i;
????printf("\t?pid\t?ppid?\t?pgid\n");
????printf("parent\t%d\t%d\t%d\n",getpid(),?getppid(),?getpgid(0));

????for?(i?=?0;?i?2;?i )?
????????if?(fork()?==?0)
????????????printf("child\t%d\t%d\t%d\n",getpid(),?getppid(),?getpgid(0));
????return?0;
}
運行代碼，得到的結(jié)果如下所示：

可以看到，第一行，主進(jìn)程，pid = pgid，也就是說父進(jìn)程也就是當(dāng)前的shell，第二行，子進(jìn)程，pid 依次增加，pgid=ppid,符合上述的說法

會話

會話，是一個或多個進(jìn)程組的集合，系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)getsid()用來獲取某個進(jìn)程的會話ID(SID)。

比如說，我們通過SSH登陸服務(wù)器，就會打開一個控制終端（TTY），這個控制終端就對應(yīng)一個會話。而我們在終端中運行的命令以及他們的子進(jìn)程，就構(gòu)成了一個個進(jìn)程組，其中，在后臺運行的命令，構(gòu)成的是后臺進(jìn)程組；在前臺運行的命令，構(gòu)成前臺進(jìn)程組。

小結(jié)

上述就是本次關(guān)于 Linux 進(jìn)程的一個概述，僅僅是一個概述，沒有從很深的層面去分析，而且關(guān)于 Linux 進(jìn)程的內(nèi)容還有很多，這次只是說了其中一方面，不積硅步，無以至千里，加油呀。

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