一.進程的概念

進程是一個運行起來的程序，而程序是存放在磁盤的，cpu要想執(zhí)行程序的指令，需要先將程序加載到內(nèi)存中。

課本概念：進程是被加載到內(nèi)存運行的程序。
內(nèi)核觀點：擔當分配系統(tǒng)資源（CPU時間，內(nèi)存）的實體。

操作系統(tǒng)中有著大量的進程，操作系統(tǒng)作為管理者，管理的其實是大量進程相關(guān)的數(shù)據(jù)，那么如何管理這些數(shù)據(jù)呢？

先描述，再組織

當二進制代碼直接加載到內(nèi)存時，操作系統(tǒng)為了更好地管理加載的程序，創(chuàng)建了描述該進程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣，操作系統(tǒng)只用看這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不用管各種復雜多樣的二進制代碼，并且將它們組織起來進行管理。

進程控制塊（PCB）

這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)叫PCB（process control block），進程信息被放在其中，可以理解為進程屬性的集合，在linux的PCB是task_struct。

struct task_struct {volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */struct thread_info *thread_info;atomic_t usage;unsigned long flags; /* per process flags, defined below */unsigned long ptrace;int lock_depth;  /* Lock depth */int prio, static_prio;struct list_head run_list;prio_array_t *array;//.....
}

當有一個程序被加載到內(nèi)存時，操作系統(tǒng)會為該進程在內(nèi)存中創(chuàng)建一個task_struct類型的對象，并將該進程放入雙鏈表等其他結(jié)構(gòu)中。這樣，操作系統(tǒng)對進程的管理就變?yōu)?strong>操作系統(tǒng)對PCB的管理，再變?yōu)?strong>操作系統(tǒng)對雙鏈表等結(jié)構(gòu)的增刪查改等操作。

由此可以總結(jié)：進程 = 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PCB等）+ 可執(zhí)行程序（代碼+數(shù)據(jù)）

二.進程查看

通過指令查看進程

為了讓進程能夠一直運行方便觀察，寫一個死循環(huán)程序，讓其每隔1秒鐘打印一句話。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{while(1){printf("It's a process.\n");sleep(1);}return 0;
}

隨后運行它，此時該程序變成了一個進程：

接著就可以用ps指令查看進程信息，同時配合grep進行抓取

ps ajx | grep myprocess

得到以下結(jié)果：

可以看到系統(tǒng)中關(guān)于myprocess的進程一共有兩個，第一行是我們寫的運行的程序，第二行是grep命令進行抓取的進程。展示了各種信息：PPID、PID、PGID等等，這些就是PCB的一部分。
注意:task_struct是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，查看進程信息讀取該數(shù)據(jù)，必須要通過系統(tǒng)調(diào)用。

通過proc目錄查看

proc是一個目錄，里面存放當前系統(tǒng)實時的 進程信息。
ls /proc

這里的數(shù)字就是進程的PID，由于此時已經(jīng)將myprocess進程停止，此目錄并沒有找到名為167647的目錄。
但是，仔細看，卻有165058，這是剛才myprocess的父進程ID即PPID，通過指令可以知道，該進程其實就是bash：

再次運行myprocess，并且通過指令得到其PID，進入該文件夾，可以發(fā)現(xiàn)進程的數(shù)據(jù)顯式存在文件中。

進程的cwd和exe

查看該目錄詳細信息，有兩個文件很矚目

cwd: Current Work Directory 指出該進程當前工作路徑
exe: 指出該進程可執(zhí)行程序的磁盤文件

修改程序，添加一個fopen函數(shù)

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() 
{FILE* fp = fopen("1.txt", "w");  // 若不存在就創(chuàng)建while (1) {printf("It's a process.\n");sleep(1);}
}

這恰好就是cwd鏈接的目錄，說明fopen使用了查看cwd的系統(tǒng)調(diào)用。

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再看exe，此時進程運行中，直接刪除其鏈接在磁盤中的文件，發(fā)現(xiàn)進程沒有終止，停止進程再運行顯然就會失敗了。

運行程序，本質(zhì)就是將其從磁盤拷貝至內(nèi)存中，進程與其磁盤上對應(yīng)程序沒有直接關(guān)系。

獲取進程pid和ppid

可以直接通過系統(tǒng)調(diào)用getpid()和getppid()得到當前進程的pid和ppid（父進程的pid），返回值為pid_t類型，底層就是整數(shù)。

運行以下代碼

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{while (1){printf("It's a process.\t");printf("pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());sleep(1);}return 0;
}

可以看到打印出當前進程的pid和ppid。

通過ps axj | head -1; ps axj | grep 184670進行驗證，當前進程是./myprocess且其父進程是bash。

通過fork()創(chuàng)建子進程

通過man指令查看fork()函數(shù)細節(jié)

fork()函數(shù)可以創(chuàng)建子進程，創(chuàng)建成功后父子進程代碼共享。
若成功創(chuàng)建，子進程的pid返回給父進程，0返回給子進程；
若失敗，-1返回給父進程，沒有子進程。

代碼共享可以通過以下代碼得到驗證

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main() 
{printf("before\n");fork();printf("Hello, pid:%d\n", getpid());
}

在fork()之前的代碼只執(zhí)行了一次，之后的代碼執(zhí)行了兩次，這兩次分別是兩個進程執(zhí)行的。

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創(chuàng)建父子進程是為了做不同的事情，一般是通過if/else來進行分流達到的，這恰恰用到了fork()有兩個返回值的特點，下面的代碼若是初見一定會迷惑。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main() 
{pid_t id = fork();// id: 0-子進程 >0-父進程if (id == 0){while(1){printf("child process, pid: %d, ppid: %d", getpid(), getppid());sleep(1);}}else{while(1){printf("father process, pid: %d, ppid: %d", getpid(), getppid());sleep(1);}}
}

利用父子進程fork()返回值不同，達到兩個死循環(huán)都在不斷執(zhí)行的效果：

通過指令查看，確實兩個進程是父子進程關(guān)系：

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下面來簡要分析上面的情況，具體細節(jié)會在之后進程地址空間部分詳談。

1. 為什么兩個死循環(huán)會同時執(zhí)行?

上節(jié)講過，進程 = 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（PCB等）+ 可執(zhí)行程序（代碼+數(shù)據(jù)）。通過fork()創(chuàng)建子進程，肯定也要給子進程創(chuàng)建一個獨立的task_struct，而其代碼和數(shù)據(jù)指向了父進程接下來的代碼和數(shù)據(jù)。子進程的大部分屬性值也是由父進程拷貝而來，修改前地址不會改變。
在CPU角度，它不會管誰是父進程，誰是子進程，會在操作系統(tǒng)的管理下并發(fā)執(zhí)行。在我們的視角下，兩個死循環(huán)同時執(zhí)行了。

2. 為什么fork()返回值如此設(shè)計?

父與子的關(guān)系是一對一或者一對多的。這樣的關(guān)系導致父找子并不容易，所以創(chuàng)建子進程成功后需要把子進程的pid返回給父進程，方便父進程控制子進程。
而子找父是很容易的，通過系統(tǒng)調(diào)用getppid()即可。

3. 為什么fork()會返回兩次值?

fork()之前只有父進程，即只有父進程才能調(diào)用fork()。fork()內(nèi)部在return之前肯定已經(jīng)將子進程創(chuàng)建成功，又子進程和父進程在創(chuàng)建成功后代碼共享，那么子進程和父進程都會執(zhí)行return這條語句，這也就是為什么fork()會返回兩次值。

4. 同一個變量id怎么會既大于0，又等于0?

進程之間具有獨立性，一個進程崩潰了，不會影響另一個進程。這里的id是父子進程的共享數(shù)據(jù)，若父子進程對共享數(shù)據(jù)有寫操作，這時操作系統(tǒng)會將該數(shù)據(jù)拷貝兩份，這就是寫時拷貝。那么此時，雖然這是同一個變量名，但實際上表示的是不同的值，那么id出現(xiàn)兩種情況也就不足為奇了，實際在底層的空間根本就不是一個。