【linux进程(一)】深入理解进程概念--什么是进程?PCB的底层是什么?

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1. 前言

相信大家多多少少听说过进程这个词
先带大家做一个进程的简单的介绍:

• 课本概念: 程序的一个执行实例
  或正在执行的程序

• 内核观点: 担当分配系统资源(CPU,内存)的实体

本章重点:

本章会重点讲解操作系统是如何
管理进程的,PCB的概念以及Linux
下的PCB实体,到底什么是进程?
最后讲解进程对应的标识符:pid
和ppid的概念以及查看方式

注:建议先阅读这篇文章:Linux进程学习基础
理解"先描述再再组织"的概念!

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2. PCB初认识(os是怎样管理进程的?)

在冯诺依曼系统中讲到,管理的本质不是
真正的管理实体本身,而是管理它的数据

虽然现在我们不知道什么是进程,但是
我们可以通过先描述,再组织这一结论
得出,操作系统管理进程肯定也是管理
进程对应的数据,请看下图:

操作系统将可执行程序的各种数据提取
出来,再创建一个结构体把数据存进去
由于同时会存在多个进程,所以操作系统
使用链表或其他数据结构将它们链接在一起
虽然我们并不知道进程中都有什么数据
但是可以假设或者猜想一下:

struct data
{
	//id
	//代码/函数地址
	//状态(是否被CPU处理)
	//优先级
	struct data* next
}
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新概念来了:
这个进程属性的结构体被称为PCB
也叫进程控制块

当然,PCB是这个结构体的总称,在Linux
系统下,PCB具体叫做:struct task_struct'

所以操作系统(os)是怎样管理进程的呢?

os对进程的管理被建模成为了
对链表中结构体的增删查改!

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3. CPU对于进程列表的处理

进程被链接在链表中会等待CPU去PCB找
数据做处理,那么CPU怎么知道要处理哪些
数据呢?这不得不提到进程排队的概念:

把对应的PCB从链表中提取到
队列中排队,PCB中的数据不会
一次性被CPU处理完,它有时被处理
有时在等待被处理,这是一种动态
运行的特征,请看下图:

讲这些概念是想让大家了解,操作系统内
对于进程的控制十分复杂,一个PCB可能
链接到多个数据结构上,比如这里的PCB
既链接在管理PCB的链表上,又链接在
排队队列的队列中!

结论: 进程＝可执行程序 + 内核数据结构(PCB)

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4. 进程标识符:pid

每一个进程都有自己对应的pid
查看当前进程的信息:

使用指令: ps ajx

这样查看的是所有的进程,很难帮助
我们学习,现在写一个死循环程序并运行
让它一直处于进程运行的状态:

 #include  
 #include  
 int main()  
 {
     while(1)//死循环
     {
         printf("我现在是一个进程了\n");
         sleep(1);//休眠一秒                                                                                                                                         
     }                                       
     return 0;                           
 }
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现在让程序运行起来,再去查看进程:

在所有进程中搜索我刚刚写的可执行程序:

使用指令: ps ajx | grep mybin

将进程信息的第一行打印出来:

使用指令: ps ajx | head -1

请看下面视频:

可以看见当前mybin程序的进程pid是
8336,这里有两个mybin的原因是,grep
指令本身也要形成mybin文件,所以其实
第二个红字mybin是grep的!

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5. 在Linux下使用指令终止进程

在我们的程序运行时,可以在运行的
地方按CTRL+c来结束进程,但是
还有一种方法可以结束进程:

使用指令: kill -9 要杀掉的进程id

(注:这里的-9是信号参数,直接使用即可)

请看下面的视频演示:

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6. 系统调用函数:getpid

每次查看进程使用都要使用ps指令
我感觉非常的麻烦,于是这里有一个
系统调用的节后函数可以直接返回
当前进程的pid,由于操作系统是由C
语言编写的,所以可以直接在程序中调用此函数:

使用函数:getpid

使用man手册查看getpid相关信息:

#include                                                         
#include  
#include  
int main()  
{  
   pid_t id = getpid();  
    while(1)//死循环  
    {  
        printf("我现在是一个进程了,我的pid是: %d\n",id);                      
        sleep(1);//休眠一秒                          
    }                                                
    return 0;                                        
}  
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请看以下视频观察情况:

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7. 父进程和子进程的概念

在使用ps指令查看进程详情时,除了
pid我们可以看见左边还有一个ppid
这是parent pid的意思,也就是父进程
的pid,请看下图:

再来学习一个可以查看父进程id的函数:

使用函数: getppid()

现在我们将此函数进入C语言代码中来观察现象:

#include    
#include    
#include    
int main()    
{    
    pid_t parid = getppid();    
    pid_t id = getpid();    
    while(1)//死循环    
    {    
        printf("我现在是一个进程了,我的pid是: %d 我的ppid是: %d\n",id,parid);    
        sleep(1);//休眠一秒    
    }                                                                                                                                                                   
    return 0;                                                                                                                                                        
}   
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请看以下视频观察情况:

可以发现,每次运行时,子进程的id都在变化
然而父进程的id一直没变!这是因为在命令行
中,父进程一般是命令行解释器: bash

现在可以去查看一下父进程的详情:

可以看见,bash的pid和打印出来的ppid一样

那么本篇文章先给出一个父子进程的结论
更多关于父子进程和创建子进程的内容我将
在下一篇文章讲解,这里只是先做了解

结论:

Linux中创建进程的方式有两种
1是命令行中直接启动可执行程序
2是通过代码创建进程(下篇文章的重点)
启动进程的本质就是创建进程,一般是
通过父进程创建子进程,构成一种父子关系
而命令行中启动的进程都是由bash为
父进程模拟创建子进程的!

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8. 总结以及拓展

Linux进程的学习是Linux学习中
三座大山之一,它的抽象程度不亚于学习
大物时的薛定谔方程,所以看完本篇文章
你如果是一头雾水的话也不要怕,后期还会
有更多对于进程的理解和完善!

对于系统调用的拓展

我们使用的getpid和getppid是系统调用函数
而在冯诺依曼体系中讲到,如何用户想要访问
底层的数据必须经过系统调用这一门槛!

然而系统调用是怎样将pid或ppid
返回给用户的呢?其实很好理解

pid和ppid的值是数据,那么数据是被存储
在进程控制块PCB中的,而PCB的本质
是一个结构体,所以操作系统只需要写一个
函数,将结构体中的pid或ppid作为返回值
返回给用户即可,请看下图加深理解:

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🔎 下期预告:Linux进程之代码创建进程 🔍