深入解析：Linux 进程概念
1.冯诺依曼体系结构
大家常见的计算机，如笔记本。我们不常见的计算机，如服务器，大部分都遵守冯诺依曼体系。
关于冯诺依曼，必须强调几点：
1.这里的存储器指的是内存
2.不考虑缓存情况，这里的CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设(输入或输出设备)
3.外设(输入或输出设备)要输入或者输出数据，也只能写入内存或者从内存中读取。
4.一句话，所有设备都只能直接和内存打交道。
比如当我们在日常启用聊天软件时，输入设备（键盘）在接受到素材后，要交给cou处理，然后交给输出设备网卡发送出去，到达对方设备后，输入设备网卡接收后交给cpu处理，最后表现到对方的输出设备（显示器）上面。
2.操作系统
2.1 概念
操作系统（OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它提供了一个稳定、有效的执行环境，允许用户和程序通过高效的方式使用计算机资源。简而言之，操作系统是计算机与用户之间的桥梁，帮助用户操作硬件、运行应用程序，并提供必要的服务和接口。
操作系统的功能远超简单的资源调度，它还涉及到进程管理、内存管理、文件系统管理和设备驱动管理等多个方面。
2.2 为什么需要操作系统？
操作系统的出现是因为计算机硬件的复杂性远超单一用户的需求。假设每个用户都可以直接与硬件交互，效率将大打折扣，而且系统的安全性和稳定性也无法保障，操作系统并不相信每一个用户。
操作系统通过以下方式来简化与硬件的交互：
资源管理：操作系统管理计算机的所有硬件资源，包括处理器、内存、存储设备和输入输出设备，确保资源的合理分配和高效利用。
进程与线程管理：操作系统负责调度进程的执行，确保各个进程之间不会相互干扰，献出多任务处理能力。
内存管理：操作系统通过虚拟内存管理技术，为每个程序分配独立的内存空间，有效避免了程序之间的数据干扰。
记录管理：操作系统提供文件系统，使得用户能够方便地存储和管理数据文件。
2.3. 驱动程序与硬件抽象
操作系统和硬件之间并不是直接交互的，操作系统通常依赖于驱动程序来管理硬件设备。每种硬件设备都必须一个对应的驱动程序，这些程序为操作系统提供硬件的抽象层，操作系统通过驱动程序与硬件进行交互。
例如，计算机的硬盘更换时，用户只需要更新硬盘的驱动程序，而不需要更改操作系统本身的代码。驱动程序为硬件和操作系统之间提供了一个可扩展的接口，使得硬件的更新和维护变得更加容易。
2.4. 框架调用与库函数
操作系统通常会暴露一些系统调用接口供开发者和程序使用。架构调用是操作系统向外提供的基本服务接口，程序可以凭借这些接口来执行文件操作、内存分配、进程管理等基础功能。\n\n对于开发者来说，直接使用架构调用较为复杂，因此操作系统还会献出一些封装好的库函数。这些库函数基于系统调用，将常见的操作封装成简单的函数，供程序开发者调用。
3. 进程
基本概念
课本概念：一个被加载到内存中的程序就就叫做进程。
内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。
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，能够理解为进程属性的集合。
课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct，在Linux中PCB就是一个struct结构体。
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，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。
正确定义：
于是对于进程，当一个软件被加载到内存时，在成为真正的进程前，操作系统作为软硬件的管理者，对程序的代码和数据创建一个task_struct结构体来描述他,方便进行管理，进程可以理解为由task_struct和代码+资料构成的。
ps：操作系统对于PCB的结构体采用双向链表的方式管理起来。
当我们编写代码后，代码运行起来后就相当于以及形成了一个进程。
task_ struct内容分类
- 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
- 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
- 优先级: 相对于其他进程的优先级。
- 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
- 内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
- 上下文材料: 进程执行时处理器的寄存器中的材料[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
- I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。
- 记账信息: 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
- 其他信息
4. 进程PID
概念：
PID（Process ID）即进程标识符，是操作系统为每个进程分配的一个唯一的数字编号。
查询
实时查询系统中正在运行的进程信息。就是1.ps指令是Linux下的进程查询指令，核心作用
展示进程的父子关系、会话等详细信息，其中各参数的含义：就是在Linux中， ps ajx 是查看进程信息的命令组合，核心
- a ：显示所有终端下的进程（包括其他用户的进程）；
- j ：显示与作业控制、进程组、会话相关的信息（比如PPID、PGID、SID等）；
- x ：显示无终端关联的进程（比如后台进程、守护进程）。
2.通过库函数getpid()来查询
5. proc目录
Linux平台将所有进程的信息存储在 /proc 目录下。每个正在运行的进程都有一个对应的目录，目录名称即为进程的PID。
查看某个进程的信息：
通过/proc/PID 我们就能够查看到进程的详细信息。
凭借访问这些文件，大家允许了解进程的详细信息，包括内存使用情况、CPU时间、打开的文件描述符等。
6. PPID父进程的PID
在进程中也有父子的说法，父进程，子进程，当我们使用ps指令去查看进程时，PPID就是父进程的id。
经过代码打印pid和ppid
bash命令行解释器的id。就是这里的父进程的id也就
7. 通过fork创建子进程
上面可以很明显的看出来，如果一个程序正常的运行，它的父进程就是bash，那我们写的代码也想要创建子进程，让子进程去执行一些任务该怎么做呢？
从当前进程（父进程）复制出一个新进程（子进程），父子进程几乎完全独立运行。就是fork() 是 Linux 中创建新进程的核心环境调用，作用
核心特点：
1. 调用一次，返回两次：父进程中返回子进程的 PID（正数），子进程中返回 0，出错返回 -1。
2. 复制机制：子进程复制父进程的地址空间（代码、数据、打开的文件等），但后续修改会发生写时拷贝，互不影响（现代系统用“写时复制”优化，避免冗余复制）。
3. 独立运行：父子进程拥有各自的 PID、PCB（进程控制块），操作系统调度时视为两个独立进程。
工作原理：
fork创建子进程时会创建一个子进程的PCB，在CPU眼里面两个就相当于不同的进程，在代码和数据方面，代码就相当于只读指令，我们调用的printf，for循环，数据相当于我们定义的变量，代码在运行时就不可以被修改了，但是数据是有可能被修改的，因此在数据被一方修改时，修改的那一方会发生写时拷贝（会为修改方重新开辟一块物理内存，将原物理页的内容拷贝上去），避免影响另一方。
#include
#include
#include
/*
* 测试fork创建子进程
* 理解fork函数的返回值
* 通过if语句进行分流
* 总结：fork创建子进程成功时，给父进程返回子进程PID，给子进程返回0，
如果失败返回-1；通过两次fork可以发现当父进程执行后，才会去执行子进程，
父子进程间存在独立性，即父进程被kill后，子进程任然可以运行,父子进程间存在写时拷贝机制，
当子进程的值发生改变时，只会作用于子进程中
*/
int main()
{
pid_t ret = fork(); //获取返回值
int val = 1; //比较值
if(ret == 0)
{
//在子进程内再创建(孙)子进程
pid_t rett = fork();
if(rett > 0)
{
while(1)
{
val = 2; //写时拷贝
printf("二代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
sleep(1);
}
}
else if(rett == 0)
{
while(1)
{
val = 3; //写时拷贝
printf("三代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
sleep(1);
}
}
else
printf("进程创建失败\n");
}
else if(ret > 0)
{
while(1)
{
val = 1; //写时拷贝
printf("一代进程正在执行 PID:%d PPID:%d 比较值为:%d 地址:%p\n\n", getpid(), getppid(), val, &val);
sleep(1);
}
}
else
printf("进程创建失败\n");
return 0;
} 运行结果：
可以看到打印出来的val都不太相同，这里的地址其实实际上应该是不同的，都是打印出来的是虚拟地址。
浙公网安备 33010602011771号