进程的概念

什么是进程、线程？

程序是放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件），静态的，存放于磁盘
进程是执行程序时所分配的资源的总称，是程序的一次执行过程，动态的，包括创建、调度、执行和消亡

进程和程序包含模块

进程包括：代码段、数据段、BSS段、堆、栈、进程控制块
程序包括：代码块、数据段、BSS段

BSS段

存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，英文全称（Block Started by Symbol）

数据段

数据段存放程序中已初始化的全局变量，以及static声明的变量

代码段

存放程序执行代码的内存区域，可能包含只读的常数变量，如字符串常量

堆（heap）

用于存放进程中被动态分配的内存段，程序调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存存放在堆中（堆被扩张）
当调用free函数释放内存时，被释放的内存会从堆中去除（堆的缩减）

栈（stack）

又称堆栈，存放程序临时创建的局部变量（不包括static声明的变量）
在函数被调用时，函数的参数和函数的返回值也会入栈
栈方便用来保存和恢复现场，堆栈可被看做一个寄存器、临时交换数据的内存区。

进程控制块（PCB）

进程控制块包含：进程标识PID、进程用户、进程状态、优先级、文件描述符（最多1024个）

进程类型（三种）

交互进程：在shell下启动，可在前台，也可在后台
批处理进程：和终端无关，被提交到作业队列中顺序执行
守护进程：和终端无关，一直在后台运行

进程状态（四种）

运行态：程序正在运行或准备运行
等待态：进程在等待一个事件的发生或某种系统资源，可中断或不可中断
停止态：进程被中止，收到信号后可继续运行
死亡态（僵尸态）：已终止的进程，但PCB没有被释放

进程常用命令

ps：查看系统进程快照

-e：显示所有进程
-l：长格式显示更详细的信息
-f：全部列出，通常和其他选项
不加参数时只显示当前shell终端的进程
ps -eLf 显示系统中所有进程及其每个线程的信息，每个线程占一行。
ps -elf 显示系统中所有进程的详细信息，每个进程占一行，不包含线程信息。

进程状态含义

表头	含义
F	进程标志，说明进程的权限，常见标志： 1：进程可复制，不能被执行； 4：进程使用超级用户权限
S	进程状态，常见状态： -D：不可唤醒的睡眠状态，通常用于I/O情况 -R：该进程正在运行 -S：该进程处于睡眠状态，可被唤醒 -T：停止状态，可能在后台暂停或处于除错状态 -W：内存交互状态 -X：死掉的进程 -Z：僵尸进程，程序已中止，但部分程序还在内存中 -<：高优先级（BSD格式中出现） -N：低优先级 -L：锁入内存状态 -s：包含子进程 -l：多线程 -+：位于后台运行
UID	运行进程的用户ID
PID	进程的ID
PPID	父进程的ID
C	该程序占用的CPU，单位为百分比
PRI	进程优先级，数值越小，优先级越高
NI	进程优先级
ADDR	该进程位于内存的哪个位置
SZ	该进程占用的内存大小
WCHAN	进程是否在运行，”-“代表正在运行
TTY	进程由哪个终端产生
TIME	进程占用CPU的运算时间
CMD	产生该进程的命令名

其他查看进程信息命令

top：查看进程的动态信息
/proc：查看进程的详细信息

nice：按用户指定的优先级运行进程

nice [-n NI值]：值的范围（-20~19），数值越大优先级越低
普通用户只能调整范围（0~19），且只能调整自己的进程，只能调高，不能调低
root用户可设置负值，且能调整任何用户的进程

renice：重新指定程序优先级

1	renice [优先级] PID

前后台进程切换

jobs        # 查看后台进程
# x为使用jobs查看时显示的后台进程序号
bg $x       # 将挂起的进程在后台运行
fg $x       # 将后台运行的程序放到前台运行

子进程

子进程概念

子进程为由另一个进程（称为父进程）所创建的进程，子进程的创建会复制一份父进程的代码，但并不是执行所有代码

子进程的创建

fork函数

用于创建新的进程，在unistd.h头文件中被定义

1	pid_t fork(void);

返回值：创建成功父进程返回子进程的进程号，子进程返回0，失败时返回-1
可通过fork的返回值判断父进程和子进程，子进程只执行fork函数后的代码
父进程和子进程的执行顺序由系统调度

父子进程之间的关系

子进程继承了父进程的内容，父进程和子进程都有独立的地址空间互不影响
父进程先结束时，子进程会变成孤儿进程，被 init 进程收养，子进程变成后台进程
子进程先结束时，父进程不及时回收，子进程会变成僵尸进程

进程的结束

exit函数、_exit函数

exit和_exit函数都是结束进程的函数

1 2	void exit(int status); void _exit(int status);

exit在头文件stdio.h中被定义，_exit函数在头文件unistd.h中被定义
exit在结束进程时会刷新流缓冲区，_exit不会刷新流缓冲区
return和exit的区别是：main函数结束会隐式调用exit函数，普通函数return是返回上一级

进程的回收

wait函数

用于进程的回收，在头文件sys/wait.h中被定义

1	pid_t wait(int *status);

成功时返回回收的子进程的进程号，失败时返回EOF
子进程未结束时，父进程一直阻塞
有多个子进程时，哪个先结束，哪个就回收
status指定保存子进程返回值和结束方式的地址
status为NULL时表示直接释放子进程PCB，不接受返回值

waitpid函数

用于进程回收，在头文件sys/wait.h中被定义

1	pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int option);

返回值：成功时返回回收的子进程PID或0，失败时返回EOF
pid用于指定回收哪个子进程或任意子进程
status指定用于保存子进程的返回值和结束方式的地址
option指定回收方式，0或WNOHANG，目前Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项
- WNOHANG：若由pid的指定子程序没有结束，则waitpid()不阻塞，立即返回0
- WUNTRACED：返回终止子程序信息和因信号停止的子程序信息

pid参数	说明
pid > 0	只等待进程ID等于pid的子进程，指定的子进程不结束，会一直等待
pid = 0	等待同一个进程组中的任何子进程，若子进程加入别的进程组时，会不做理睬
pid = -1	等待任何一个子进程退出
pid < -1	等待一个指定进程组中的任何子进程，进程组的ID等于pid的绝对值

子进程通过exit、_exit、return返回某个值(0-255)时，父进程调用wait(&status)进行回收，返回的status可使用以下宏获取对应的值

宏名称	说明
WIFEXITED(status)	判断子进程是否正常结束
WEXITSTATUS(status)	判断子进程的返回值
WIFSIGNALED(status)	判断子进程是否被信号结束
WTERMSIG(status)	获取结束子进程的信号类型

进程退出和进程回收的区别

进程退出：是进程生命周期的结束，指进程主动终止并进入结束状态（僵尸状态）。退出时操作系统会进行清理和资源释放，但进程信息仍保留在系统中，直到被回收。
进程回收：是进程退出后的父进程或操作系统彻底清除该进程所有资源的过程。只有父进程通过获取退出状态，操作系统才会从进程表中删除该进程，释放所有资源，进程才算被完全回收。

进程—exec函数族

使用exec函数族能实现让父子进程执行不同的程序，父进程创建子进程后，子进程调用exec函数，父进程不受影响

进程调用exec函数可执行某个程序
进程当前内容会被指定的程序替换

execl函数和execlp函数

用于进程执行程序，在unistd.h头文件中被定义

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
// 例子
execl("/bin/ls", "ls", "-la", NULL);
execl("ls", "ls", "-la", NULL);

返回值：成功时则执行指定程序，失败时返回EOF
path：执行程序名称，包括路径
file：执行的程序名称，在PATH中查找
arg, …, NULL：传递给程序的参数列表，最后一个参数要为NULL

execv函数和execvp函数