00. 目錄

文章目錄

• • 00. 目錄
  • 01. 進(jìn)程概述
  • 02. 進(jìn)程狀態(tài)
  • 03. 進(jìn)程控制塊
  • 04. 進(jìn)程號
  • 05. 進(jìn)程號相關(guān)函數(shù)
  • 06. 案例實(shí)戰(zhàn)
  • 07. 附錄

01. 進(jìn)程概述

我們平時(shí)寫的 C 語言代碼，通過編譯器編譯，最終它會成為一個(gè)可執(zhí)行程序，當(dāng)這個(gè)可執(zhí)行程序運(yùn)行起來后（沒有結(jié)束之前），它就成為了一個(gè)進(jìn)程。

程序是存放在存儲介質(zhì)上的一個(gè)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，其包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和消亡。程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的。

在 Linux 系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)是通過進(jìn)程去完成一個(gè)一個(gè)的任務(wù)，進(jìn)程是管理事務(wù)的基本單元。進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的處理環(huán)境（如：當(dāng)前需要用到哪些環(huán)境變量，程序運(yùn)行的目錄在哪，當(dāng)前是哪個(gè)用戶在運(yùn)行此程序等）和系統(tǒng)資源（如：處理器 CPU 占用率、存儲器、I/O設(shè)備、數(shù)據(jù)、程序）。我們可以這么理解，公司相當(dāng)于操作系統(tǒng)，部門相當(dāng)于進(jìn)程，公司通過部門來管理（系統(tǒng)通過進(jìn)程管理），對于各個(gè)部門，每個(gè)部門有各自的資源，如人員、電腦設(shè)備、打印機(jī)等。

02. 進(jìn)程狀態(tài)

我們現(xiàn)在的電腦基本上都是多任務(wù)，我們聊著 QQ 的時(shí)候，同時(shí)可以看著視頻，這里相當(dāng)于 QQ 和視頻兩個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行著（兩個(gè)進(jìn)程）。早期的時(shí)候，電腦的 CPU 是單核的（單核理論上只運(yùn)行操作一個(gè)任務(wù)），那它是如何做到多任務(wù)的呢？這就涉及到進(jìn)程的調(diào)度策略。現(xiàn)在給大家舉這么一個(gè)例子，有 A，B，C 三個(gè)進(jìn)程，在我們單 CPU 的情況下，每一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，如果 A 運(yùn)行完，B 運(yùn)行，B 運(yùn)行完，C 運(yùn)行，C 運(yùn)行完，A 運(yùn)行，而 CPU 的運(yùn)算速度足夠快，A 兩次運(yùn)行時(shí)間間隔足夠短，從宏觀上就我們就看到 A，B，C 好像同時(shí)運(yùn)行，這就是實(shí)現(xiàn)單 CPU 運(yùn)行多個(gè)任務(wù)的核心原理，通過時(shí)間片輪詢調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。

從上面的例子，我們可以得知，對于 A 進(jìn)程而言，有時(shí)候在運(yùn)行，有時(shí)候沒有運(yùn)行，兩個(gè)狀態(tài)不一樣，所以，進(jìn)程是有狀態(tài)的，同時(shí)，狀態(tài)是可以相互進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，從執(zhí)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不執(zhí)行的狀態(tài)，這里，我們可以把進(jìn)程運(yùn)行的整個(gè)生命周期簡單劃分為三種狀態(tài)（實(shí)際上不指這三種狀態(tài)）：就緒態(tài)、執(zhí)行態(tài)、等待態(tài)。

就緒態(tài)：

進(jìn)程已經(jīng)具備執(zhí)行的一切條件，正在等待分配 CPU 的處理時(shí)間。

執(zhí)行態(tài)：

該進(jìn)程正在占用 CPU 運(yùn)行。

等待態(tài)：

進(jìn)程因不具備某些執(zhí)行條件而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)。

這里需要注意，就緒態(tài)和等待態(tài)都是不執(zhí)行，但它們是有區(qū)別的，就緒態(tài)是指滿足條件，時(shí)間沒到，等待態(tài)是不滿足條件。

同樣的，進(jìn)程的這三種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換：

為了讓大家更好地這三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，給大家舉一個(gè)買火車票的例子

Tom匆忙地趕去火車站買火車票，太著急了，到了售票廳才發(fā)現(xiàn)忘記帶身份證，這時(shí)候，就算Tom排隊(duì)也沒用，因?yàn)?Tom不具備買票的條件（沒帶身份證），這時(shí)候的 Tom屬于等待態(tài)。

Tom給它對象打電話，讓她把身份證帶過來，等會，身份證送到了，這時(shí)候，Tom可以去排隊(duì)買票了，只是時(shí)間到，Tom就可以買票了，這時(shí)，Tom屬于就緒態(tài)。而這過程是由等待態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)。

等了 10 分鐘，終于到 Tom了，Tom開始買票，這時(shí)候， Tom屬于執(zhí)行態(tài)。而這過程是由就緒態(tài)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行態(tài)。

而在買票的過程中，Tom的對象打電話給他，讓 Tom也幫她買一張火車票，但是， Tom沒有她對象的身份證，接著，Tom繼續(xù)等他對象送身份證，這時(shí)候，Tom由執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)換為等待態(tài)。

假如是這么一種情況，Tom買火車票是給公司的同事買的（需要買 100 多張票），在買著票的過程中（執(zhí)行態(tài)），后面還有很多人在排隊(duì)，后面排隊(duì)的人肯定不爽，這時(shí)售票員就說，20分鐘后，如果你還沒處理完，請你到后面排隊(duì)。結(jié)果，Tom花了 20 分鐘還是沒有處理完，于是，乖乖地到后面重新排隊(duì)，這時(shí)候，Tom由執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒態(tài)。

03. 進(jìn)程控制塊

對于操作系統(tǒng)而言，它需要控制很多進(jìn)程，同時(shí)，每個(gè)進(jìn)程都有不同的狀態(tài)，系統(tǒng)如何知道 A 執(zhí)行完到 B 執(zhí)行而不是 C？系統(tǒng)如何協(xié)調(diào)控制進(jìn)程呢？

當(dāng)我們運(yùn)行一個(gè)程序使它成為一個(gè)進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)會開辟一段內(nèi)存空間存放與此進(jìn)程相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，而這個(gè)數(shù)據(jù)信息是通過結(jié)構(gòu)體（ task_struct，打開 /usr/src/linux-headers-4.15.0-30/include/linux/sched.h可以找到 task_struct 的定義 ）來存放，我們把這個(gè)存放進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)體稱為進(jìn)程控制塊。操作系統(tǒng)就是通過這個(gè)進(jìn)程控制塊來操作控制進(jìn)程。

進(jìn)程控制塊是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程控制塊記錄了用于描述進(jìn)程進(jìn)展情況及控制進(jìn)程運(yùn)行所需的全部信息，它是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程控制塊里有很多信息，其中比較重要的是進(jìn)程號，至于其他的一些信息我們不在這詳細(xì)討論。

04. 進(jìn)程號

每個(gè)進(jìn)程都由一個(gè)進(jìn)程號來標(biāo)識，其類型為 pid_t（無符號整型），進(jìn)程號的范圍：0～32767。進(jìn)程號總是唯一的，但進(jìn)程號可以重用。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止后，其進(jìn)程號就可以再次使用。

系統(tǒng)允許一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建新進(jìn)程，新進(jìn)程即為子進(jìn)程，子進(jìn)程還可以創(chuàng)建新的子進(jìn)程，形成進(jìn)程樹結(jié)構(gòu)模型。整個(gè) Linux 系統(tǒng)的所有進(jìn)程也是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。樹根是系統(tǒng)自動構(gòu)造的，即在內(nèi)核態(tài)下執(zhí)行的 0 號進(jìn)程，它是所有進(jìn)程的祖先。進(jìn)程號為 0 的進(jìn)程通常是調(diào)度進(jìn)程，常被稱為交換進(jìn)程( swapper )。由 0 號進(jìn)程創(chuàng)建 1 號進(jìn)程（內(nèi)核態(tài)），1 號負(fù)責(zé)執(zhí)行內(nèi)核的部分初始化工作及進(jìn)行系統(tǒng)配置，并創(chuàng)建若干個(gè)用于高速緩存和虛擬主存管理的內(nèi)核線程。隨后，1 號進(jìn)程調(diào)用 execve() 運(yùn)行可執(zhí)行程序 init，并演變成用戶態(tài) 1 號進(jìn)程，即 init 進(jìn)程。

所以，在 Linux 下面所有的進(jìn)程都由 init 進(jìn)程直接或者間接創(chuàng)建。

進(jìn)程號（PID）

標(biāo)識進(jìn)程的一個(gè)非負(fù)整型數(shù)。

父進(jìn)程號（PPID）

任何進(jìn)程（ 除 init 進(jìn)程）都是由另一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，該進(jìn)程稱為被創(chuàng)建進(jìn)程的父進(jìn)程，對應(yīng)的進(jìn)程號稱為父進(jìn)程號（PPID）。如，A 進(jìn)程創(chuàng)建了 B 進(jìn)程，A 的進(jìn)程號就是 B 進(jìn)程的父進(jìn)程號。

進(jìn)程組號（PGID）

進(jìn)程組是一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程的集合。他們之間相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)程組可以接收同一終端的各種信號，關(guān)聯(lián)的進(jìn)程有一個(gè)進(jìn)程組號（PGID） 。這個(gè)過程有點(diǎn)類似于 QQ 群，組相當(dāng)于 QQ 群，各個(gè)進(jìn)程相當(dāng)于各個(gè)好友，把各個(gè)好友都拉入這個(gè) QQ 群里，主要是方便管理，特別是通知某些事時(shí)，只要在群里吼一聲，所有人都收到，簡單粗暴。但是，這個(gè)進(jìn)程組號和 QQ 群號是有點(diǎn)區(qū)別的，默認(rèn)的情況下，當(dāng)前的進(jìn)程號會當(dāng)做當(dāng)前的進(jìn)程組號。

Linux 操作系統(tǒng)提供了三個(gè)獲得進(jìn)程號的函數(shù) getpid()、getppid()、getpgid()。

05. 進(jìn)程號相關(guān)函數(shù)

getpid函數(shù)

#include <sys/types.h> #include <unistd.h>pid_t getpid(void); 功能：獲取本進(jìn)程號（PID） 參數(shù)：無 返回值：本進(jìn)程號

getppid函數(shù)

pid_t getppid(void); 功能：獲取調(diào)用此函數(shù)的進(jìn)程的父進(jìn)程號（PPID） 參數(shù)：無 返回值：調(diào)用此函數(shù)的進(jìn)程的父進(jìn)程號（PPID）

getpgid函數(shù)

pid_t getpgid(pid_t pid); 功能：獲取進(jìn)程組號（PGID） 參數(shù)：pid：進(jìn)程號 返回值：參數(shù)為 0 時(shí)返回當(dāng)前進(jìn)程組號，否則返回參數(shù)指定的進(jìn)程的進(jìn)程組號

06. 案例實(shí)戰(zhàn)

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h>//pid_t ---> int //pid_t getpid(void); //pid_t getppid(void); // //uid_t getuid(void); //uid_t geteuid(void);//gid_t getgid(void); //gid_t getegid(void);int main(void) {//獲取當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程號printf("getpid: %d\n", getpid()); //獲取當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程號printf("getppid: %d\n", getppid());//實(shí)際用戶IDprintf("getuid: %d\n", getuid());//有效的用戶IDprintf("geteuid: %d\n", geteuid());//實(shí)際組IDprintf("getgid: %d\n", getgid());//有效組IDprintf("getegid: %d\n", getegid());return 0; }

編譯和測試結(jié)果

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code/4sys/3rd/code$ gcc 20getpid.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code/4sys/3rd/code$ ./a.out getpid: 7986 getppid: 7436 getuid: 1000 geteuid: 1000 getgid: 1000 getegid: 1000 deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code/4sys/3rd/code$

07. 附錄

7.1 下載代碼：

7.2 參考博客：【Linux系統(tǒng)編程】進(jìn)程介紹

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程】进程概述和进程号的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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