Linus实验楼笔记——第15节：Linux进程之初步了解

一、进程、线程、程序简介

1、进程：具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

   进程特性：

（1）动态性：进程的实质是一次程序执行的过程，有创建、撤销等状态的变化。而程序是一个静态的实体。

（2）并发性：进程可以做到在一个时间段内，有多个程序在运行中。程序只是静态的实体，所以不存在并发性。

（3）独立性：进程可以独立分配资源，独立接受调度，独立地运行。

（4）异步性：进程以不可预知的速度向前推进。

（5）结构性：进程拥有代码段、数据段、PCB（进程控制块，进程存在的唯一标志）。也正是因为有结构性，进程才可以做到独立地运行。

2、线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。因为线程中几乎不包含系统资源，所以执行更快、更有效率。

3、程序：指令的集合，是一个静止的实体

5、区别：

   进程有独立的地址空间，线程没有，但线程有自己的堆栈和局部变量。进程是资源分配的最小单位，线程是运行调度的最小单位。进程就是运行中的程序。程序只是一些列指令的集合，是一个静止的实体。

4、相互关系：

   一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

二、进程的属性

1、进程的分类

（1）第一个角度来看，我们可以分为用户进程与系统进程：

• 用户进程：通过执行用户程序、应用程序或称之为内核之外的系统程序而产生的进程，此类进程可以在用户的控制下运行或关闭。
• 系统进程：通过执行系统内核程序而产生的进程，比如可以执行内存资源分配和进程切换等相对底层的工作；而且该进程的运行不受用户的干预，即使是 root 用户也不能干预系统进程的运行。

（2）第二角度来看，我们可以将进程分为交互进程、批处理进程、守护进程

• 交互进程：由一个 shell 终端启动的进程，在执行过程中，需要与用户进行交互操作，可以运行于前台，也可以运行在后台。
• 批处理进程：该进程是一个进程集合，负责按顺序启动其他的进程。
• 守护进程：守护进程是一直运行的一种进程，在 Linux 系统启动时启动，在系统关闭时终止。它们独立于控制终端并且周期性的执行某种任务或等待处理某些发生的事件。例如 httpd 进程，一直处于运行状态，等待用户的访问。还有经常用的 cron（在 centOS 系列为 crond）进程，这个进程为 crontab 的守护进程，可以周期性的执行用户设定的某些任务。

2、进程的衍生

（1）

fork() 是一个系统调用（system call），它的主要作用就是为当前的进程创建一个新的进程，这个新的进程就是它的子进程，这个子进程除了父进程的返回值和 PID 以外其他的都一模一样，如进程的执行代码段，内存信息，文件描述，寄存器状态等等。

exec() 也是系统调用，作用是切换子进程中的执行程序也就是替换其从父进程复制过来的代码段与数据段。

子进程就是父进程通过系统调用 fork() 而产生的复制品，fork() 就是把父进程的 PCB 等进程的数据结构信息直接复制过来，只是修改了 PID，所以一模一样，只有在执行exec() 之后才会不同，而早先的 fork() 比较消耗资源后来进化成 vfork(),效率高了不少。

（2）简单的实现逻辑：

pid_t p;p = fork();if (p == (pid_t) -1)        /* ERROR */else if (p == 0)        /* CHILD */else        /* PARENT */

  1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
  2）在子进程中，fork返回0；
  3）如果出现错误，fork返回一个负值；

（3）子进程的退出与资源的回收与父进程有很大的相关性。当一个子进程要正常的终止运行时，或者该进程结束时它的主函数main() 会执行 exit(n); 或者 return n，这里的返回值 n 是一个信号，系统会把这个 SIGCHLD 信号传给其父进程，当然若是异常终止也往往是因为这个信号。

    在将要结束时的子进程代码执行部分已经结束执行了，系统的资源也基本归还给系统了，但若是其进程的进程控制块（PCB）仍驻留在内存中，而它的 PCB 还在，代表这个进程还存在（因为 PCB 就是进程存在的唯一标志，里面有 PID 等消息），并没有消亡，这样的进程称之为僵尸进程（Zombie）。

    正常情况下，父进程会收到两个返回值：exit code（SIGCHLD 信号）与reason for termination 。之后，父进程会使用 wait(&status) 系统调用以获取子进程的退出状态，然后内核就可以从内存中释放已结束的子进程的 PCB；而如若父进程没有这么做的话，子进程的 PCB 就会一直驻留在内存中，一直留在系统中成为僵尸进程（Zombie）。虽然僵尸进程是已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其父进程收集，从而释放它。但是 Linux 系统中能使用的 PID 是有限的，如果系统中存在有大量的僵尸进程，系统将会因为没有可用的 PID 从而导致不能产生新的进程。

    如果父进程结束（非正常的结束），未能及时收回子进程，子进程仍在运行，这样的子进程称之为孤儿进程。在 Linux 系统中，孤儿进程一般会被 init 进程所“收养”，成为 init 的子进程。由 init 来做善后处理，所以它并不至于像僵尸进程那样无人问津，不管不顾，大量存在会有危害。

    进程 0 是系统引导时创建的一个特殊进程，也称之为内核初始化，其最后一个动作就是调用fork() 创建出一个子进程运行 /sbin/init 可执行文件,而该进程就是 PID=1 的进程 1，而进程 0 就转为交换进程（也被称为空闲进程），进程 1 （init 进程）是第一个用户态的进程，再由它不断调用 fork() 来创建系统里其他的进程，所以它是所有进程的父进程或者祖先进程。同时它是一个守护程序，直到计算机关机才会停止。

init 如上文所说是由进程 0 这个初始化进程来创建而出的子进程,而其他的进程基本是由 init 创建的子进程，或者是由它的子进程创建出来的子进程。所以 init 是用户进程的第一个进程也是所有用户进程的父进程或者祖先进程。（ppid是父进程id，pid是该进程的id）

3、进程组与 Sessions

   每一个进程都会是一个进程组的成员，而且这个进程组是唯一存在的，他们是依靠 PGID（process group ID）来区别的，而每当一个进程被创建的时候，它便会成为其父进程所在组中的一员。

   一般情况，进程组的 PGID 等同于进程组的第一个成员的 PID，并且这样的进程称领导进程，进程一般通过使用getpgrp() 系统调用来寻找其所在组的 PGID，领导进程可以先终结，此时进程组依然存在，并持有相同的PGID，直到进程组中最后一个进程终结。

   与进程组类似，每当一个进程被创建的时候，它便会成为其父进程所在 Session 中的一员，每一个进程组都会在一个 Session 中，并且这个 Session 是唯一存在的。Session 主要是针对一个 tty 建立，Session 中的每个进程都称为一个工作(job)。每个会话可以连接一个终端(control terminal)。当控制终端有输入输出时，都传递给该会话的前台进程组。Session 意义在于将多个 jobs 囊括在一个终端，并取其中的一个 job 作为前台，来直接接收该终端的输入输出以及终端信号。 其他 jobs 在后台运行。

4、工作管理

    bash(Bourne-Again shell)支持工作控制（job control）,而 sh（Bourne shell）并不支持。

    每个终端或者说 bash 只能管理当前终端的中的 job，不能管理其他终端中的 job。比如我当前存在两个 bash 分别为 bash1、bash2，bash1 只能管理其自己里面的 job 并不能管理 bash2 里面的 job。

（1）

其中第一列显示的为被放置后台 job 的编号，而第二列的 ＋ 表示最近(刚刚、最后)被放置后台的 job，同时也表示预设的工作，也就是若是有什么针对后台 job 的操作，首先对预设的 job，- 表示倒数第二（也就是在预设之前的一个）被放置后台的工作，倒数第三个（再之前的）以后都不会有这样的符号修饰，第三列表示它们的状态，而最后一列表示该进程执行的命令。

（2）将Job放到前台