linux进程

进程vs程序

程序是一个包含可执行代码的文件，它放在磁盘等介质上。

当程序被操作系统装载到内存并分配给它一定资源后，此时可称为进程。

为方便操作系统管理，每个进程都会有一个唯一的非负整数编号。

程序是一个静态概念，进程是一个动态概念。

 

Linux进程描述

进程描述符：当进程产生时有Linux操作系统分配。

内存：用来存放进程要执行的代码和使用的数据。

文件描述符：进程运行时打开的文件。

认证信息：用户和组ID

进程执行环境：各种环境变量

资源安排：CPU时间

进程状态

 

Linux进程状态

运行状态：当进程正在被运行或者已经处于可调度状态。

可中断状态：进程正在等待一个信号或者资源。

不可中断状态：不可被信号唤醒，一般用于硬件初始化时。

暂停状态：当进程收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU信号后就会进入TASK_STOPPED状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态 

僵尸状态：当进程已经运行结束，但其父进程还未查询其状态。

 

父子进程的终止

父子进程谁先终止时未定义的，如果父进程先于子进程终止。那么子进程会被init进程“领养”，子进程的父进程id变为0。

如果父进程不去查询子进程的状态，那么子进程一直会处于“僵尸”状态。这也是init进程存在的原因之一。

父进程可以通过wait和waitpid函数来显示的查询子进程。

 

父进程查询子进程状态

wait和waitpid可查询子进程的结束状态，如果子进程还处于运行状态，那么父进程则会阻塞。

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

wait函数只要任意一个子进程结束，就会返回该子进程ID，如果出错则返回-1。

status为子进程返回的状态，需要通过宏WIFEXITED和WEXITSTATUS最终获得返回状态。

 

exec函数

fork进程后，往往通过exec函数执行另一个程序。此时该子进程完全被替换为新程序。

exec用一个全新的程序替换当前进程的正文，数据，堆和栈。

 

执行外部命令：system

system执行外部一个命令或者程序，相当于fork, exec,waitpid。

 

如何创建一个进程

当计算机开机的时候，内核只建立了一个init进程。Linux kernel并不提供直接建立新进程的系统调用。

剩下的所有进程都是init进程通过fork机制建立的。新的进程要通过老的进程复制自身得到，这就是fork。

fork是一个系统调用。

进程存活于内存中。每个进程都在内存中分配有属于自己的一片空间 (address space)。

当进程fork的时候，Linux在内存中开辟出一片新的内存空间给新的进程，并将老的进程空间中的内容复制到新的空间中，此后两个进程同时运行。

老进程成为新进程的父进程，而相应的，新进程就是老的进程的子进程。

一个进程除了有一个PID之外，还会有一个PPID(parent PID)来存储的父进程PID。如果我们循着PPID不断向上追溯的话，总会发现其源头是init进程。

所以说，所有的进程也构成一个以init为根的树状结构。

如下，我们查询当前shell下的进程：

root@admin:~# ps -o pid,ppid,cmd

  PID  PPID CMD

16935  3101 sudo -i

16939 16935 -bash

23774 16939 ps -o pid,ppid,cmd

我们可以看到，第二个进程bash是第一个进程sudo的子进程，而第三个进程ps是第二个进程的子进程。

还可以用$pstree命令来显示整个进程树。

 

fork通常作为一个函数被调用。这个函数会有两次返回，将子进程的PID返回给父进程，0返回给子进程。

实际上，子进程总可以查询自己的PPID来知道自己的父进程是谁，这样，一对父进程和子进程就可以随时查询对方。

通常在调用fork函数之后，程序会设计一个if选择结构。

当PID等于0时，说明该进程为子进程，那么让它执行某些指令,比如说使用exec库函数(library function)读取另一个程序文件，并在当前的进程空间执行 (这实际上是我们使用fork的一大目的: 为某一程序创建进程)；

而当PID为一个正整数时，说明为父进程，则执行另外一些指令。

由此，就可以在子进程建立之后，让它执行与父进程不同的功能。

 

子进程的终结(termination)

当子进程终结时，它会通知父进程，并清空自己所占据的内存，并在kernel里留下自己的退出信息(exit code，如果顺利运行，为0；如果有错误或异常状况，为>0的整数)。

在这个信息里，会解释该进程为什么退出。父进程在得知子进程终结时，有责任对该子进程使用wait系统调用。

这个wait函数能从kernel中取出子进程的退出信息，并清空该信息在kernel中所占据的空间。

但是，如果父进程早于子进程终结，子进程就会成为一个孤儿(orphand)进程。

孤儿进程会被过继给init进程，init进程也就成了该进程的父进程。init进程负责该子进程终结时调用wait函数。

 

当然，一个糟糕的程序也完全可能造成子进程的退出信息滞留在kernel中的状况（父进程不对子进程调用wait函数）

这样的情况下，子进程成为僵尸（zombie）进程。当大量僵尸进程积累时，内存空间会被挤占。