進(jìn)程的概念

進(jìn)程是 Linux 事務(wù)管理的基本單元，所有的進(jìn)程均擁有自己獨(dú)立的處理環(huán)境和系統(tǒng)資源。進(jìn)程的環(huán)境由當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)及其父進(jìn)程信息決定和組成，將某個(gè)可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存中運(yùn)行，那么就會(huì)演變成一個(gè)或者是多個(gè)進(jìn)程。（產(chǎn)生多個(gè)進(jìn)程的原因是進(jìn)程在運(yùn)行的時(shí)候可以再創(chuàng)建新的進(jìn)程，但是加載的時(shí)候只有一個(gè)進(jìn)程），為了更好的理解進(jìn)程，以我們平時(shí)在 Linux 環(huán)境下運(yùn)行一個(gè) C 程序?yàn)槔M(jìn)行說(shuō)明：
代碼很簡(jiǎn)單，hello world:

#include?

int?main(void)
{
????printf("hello?world!!!!\r\n");
????while(1);
}
如下是在終端執(zhí)行的命令：

進(jìn)程和可執(zhí)行文件的區(qū)別

說(shuō)到這里，有必要說(shuō)一下程序和進(jìn)程之間的關(guān)系，程序是存放在存儲(chǔ)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(guò)程。進(jìn)程的狀態(tài)是變化的，其中包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和消亡，程序是靜態(tài)的，而對(duì)于進(jìn)程來(lái)說(shuō)是動(dòng)態(tài)的。

我們?cè)诮K端運(yùn)行如下命令，可以看到如下的信息：

從上述可以看出，可執(zhí)行文件在存儲(chǔ)時(shí)，可以分為：代碼區(qū)（text）、數(shù)據(jù)區(qū)（data）和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（bss）三部分。對(duì)于一個(gè)進(jìn)程來(lái)說(shuō)，一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)運(yùn)行著的程序段，一個(gè)進(jìn)程主要包括在內(nèi)存中宏申請(qǐng)的空間，代碼（加載的程序，包括代碼段，數(shù)據(jù)段，BSS）、堆、棧以及內(nèi)核進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)，打開的文件、上下文信息以及掛起的信號(hào)等。下面列出了可執(zhí)行文件和進(jìn)程的結(jié)構(gòu)：

進(jìn)程的資源

為了更好地管理 Linux 所訪問(wèn)地資源，系統(tǒng)在內(nèi)核頭文件?include/linux/sched.h中定義了結(jié)構(gòu)體?struct task_struct來(lái)管理每個(gè)進(jìn)程地資源，下圖中結(jié)構(gòu)體中一部分成員的代碼截圖：

圖中僅僅知識(shí)呈現(xiàn)出一小部分內(nèi)容，結(jié)構(gòu)體 struct task_struct 主要包括線程基本信息、內(nèi)存信息、tty 終端信息，當(dāng)前目錄信息、打開的文件描述符以及信號(hào)信息，除了這些，還有其他進(jìn)程屬性，例如：PID、PPID、UID、EUID。下圖是一個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)體的一個(gè)示意圖：

進(jìn)程的狀態(tài)

對(duì)于單 CPU 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在某一個(gè)時(shí)刻，只能有一個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，其他進(jìn)程都處于其他狀態(tài)，等待系統(tǒng)資源，各個(gè)任務(wù)根據(jù)調(diào)度算法在這些狀態(tài)之間不停地切換。在Linux 2.6.12內(nèi)核中，用戶級(jí)進(jìn)程主要有以下幾種狀態(tài)：就緒/運(yùn)行狀態(tài)、可中斷地等待狀態(tài)，不可中斷地等待狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)和僵死狀態(tài)。下面是代碼各個(gè)狀態(tài)的宏定義：

#define??TASK_RUNNING??????????0????/*?就緒?*/
#define??TASK_INTERRUPTIBLE????1????/*?中斷等待?*/
#define??TASK_UNINTERRUPTIBLE??2????/*?不可中斷等待?*/
#define??TASK_ZOMBIE???????????4????/*?僵死?*/
#define??TASK_STOPPED??????????8????/*?停止?*/
下面示意圖是用戶級(jí)進(jìn)程各個(gè)狀態(tài)之間地切換示意圖：

而對(duì)于內(nèi)核進(jìn)程狀態(tài)來(lái)說(shuō)略有差異，其狀態(tài)定義如下：

進(jìn)程的屬性

pid tgid 的概念

在講述這兩個(gè)概念之前，先引入 Linux 中的另外一個(gè)概念，也就是線程，在前面提到，進(jìn)程是資源分配的基本單元，那對(duì)于線程來(lái)講，線程是 CPU 調(diào)度的最小單位。一個(gè)程序中至少有一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程中至少有一個(gè)線程。

其實(shí)，在?Linux里，無(wú)論是進(jìn)程，還是線程，到了內(nèi)核里面，都統(tǒng)一叫做任務(wù)(Task)，并且由一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)task_struct進(jìn)行管理。下圖是任務(wù)管理的一個(gè)示意圖：

如上圖所示的任務(wù)列表一樣，所有執(zhí)行的項(xiàng)目有個(gè)項(xiàng)目列表，所以也應(yīng)該有一個(gè)鏈表，將所有的?task_struct串起來(lái)，比如應(yīng)該有如下所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct?list_head?????tasks;
對(duì)于每一個(gè)任務(wù)來(lái)說(shuō)，都應(yīng)該有一個(gè)ID,作為這個(gè)任務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)。在task_struct里面涉及到任務(wù)ID的，有下面幾個(gè)：

pid_t?pid;
pid_t?tpid;
struct?task_struct?*group_leader;
上述中，pid是process id,tgid是thread group ID,對(duì)于任何一個(gè)進(jìn)程，如果只有主線程，那么pid是自己，tgid也是自己,group_leader指向的還是自己。

但是，如果一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了其他進(jìn)程，那么就會(huì)有所變化了。線程有自己的pid，tgid就是進(jìn)程的主線程pid,group leader?指向的就是進(jìn)程的主線程。

父進(jìn)程號(hào)（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，被創(chuàng)建的進(jìn)程稱為子進(jìn)程，父進(jìn)程號(hào)無(wú)法在用戶層修改。父進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)（PID）即為子進(jìn)程的父進(jìn)程號(hào)（PPID）。

進(jìn)程組號(hào)（PGID）

在?Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程擁有自己的進(jìn)程號(hào)（PID）和進(jìn)程組號(hào)（PGID），進(jìn)程組是一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程的集合，它們與同一作業(yè)相關(guān)聯(lián)，可以接收來(lái)自同一終端的各種信號(hào)。每個(gè)進(jìn)程組都有唯一的進(jìn)程組號(hào)，進(jìn)程組號(hào)可以在用戶層進(jìn)行修改。

為了更好的說(shuō)明上述幾個(gè)“號(hào)”之間的區(qū)別，給出如下所示的代碼：

#include?
#include?

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????int?i;
????printf("\t?pid\t?ppid?\t?pgid\n");
????printf("parent\t%d\t%d\t%d\n",getpid(),?getppid(),?getpgid(0));

????for?(i?=?0;?i?2;?i )?
????????if?(fork()?==?0)
????????????printf("child\t%d\t%d\t%d\n",getpid(),?getppid(),?getpgid(0));
????return?0;
}
運(yùn)行代碼，得到的結(jié)果如下所示：

可以看到，第一行，主進(jìn)程，pid = pgid，也就是說(shuō)父進(jìn)程也就是當(dāng)前的shell，第二行，子進(jìn)程，pid 依次增加，pgid=ppid,符合上述的說(shuō)法

會(huì)話

會(huì)話，是一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程組的集合，系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)getsid()用來(lái)獲取某個(gè)進(jìn)程的會(huì)話ID(SID)。

比如說(shuō)，我們通過(guò)SSH登陸服務(wù)器，就會(huì)打開一個(gè)控制終端（TTY），這個(gè)控制終端就對(duì)應(yīng)一個(gè)會(huì)話。而我們?cè)诮K端中運(yùn)行的命令以及他們的子進(jìn)程，就構(gòu)成了一個(gè)個(gè)進(jìn)程組，其中，在后臺(tái)運(yùn)行的命令，構(gòu)成的是后臺(tái)進(jìn)程組；在前臺(tái)運(yùn)行的命令，構(gòu)成前臺(tái)進(jìn)程組。

小結(jié)

上述就是本次關(guān)于 Linux 進(jìn)程的一個(gè)概述，僅僅是一個(gè)概述，沒(méi)有從很深的層面去分析，而且關(guān)于 Linux 進(jìn)程的內(nèi)容還有很多，這次只是說(shuō)了其中一方面，不積硅步，無(wú)以至千里，加油呀。

如果您覺(jué)得我的文章，對(duì)您有所幫助，歡迎關(guān)注我的個(gè)人公眾號(hào)：wenzi嵌入式軟件