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【linux学习】进程的概念和在linux系统下的基本实现情况01

news 2026/5/24 23:23:28

大家好，我是程序员小青蛙，下面分享进程的概念以及在linux下的实现情况

一、冯・诺依曼体系结构：计算机的底层骨架

1. 核心五大部件与工作流程

五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
核心规则（必背）：
1. 数据与指令都以二进制形式存放在 ** 存储器（内存）** 中，程序执行前必须加载到内存
2. CPU（运算器 + 控制器）不直接和外设打交道，只和内存直接交互
  - 外设数据必须先读入内存，CPU 才能处理；CPU 要输出的数据也必须先写入内存，再由内存传给外设
3. 控制信号与数据信号分离：控制信号由控制器发出，数据信号在各部件间传输

2. 关键概念辨析

概念	定义	特点
存储器（体系中的）	指内存（主存）	掉电易失，速度快，临时存储数据 / 指令
外存（如磁盘）	属于外设，永久存储设备	速度慢，掉电不丢数据，程序 / 数据的永久存放地
外设	输入设备（键盘、网卡）、输出设备（显示器、网卡）	需通过驱动程序与操作系统交互

3. 生活案例理解（QQ 聊天）

你在键盘输入 “你好”，数据流程：键盘 → 内存 → CPU（处理） → 内存 → 网卡 → 对方电脑内存 → CPU → 对方显示器
前提：QQ 程序必须先加载到内存，CPU 才能执行代码、处理数据

二、操作系统：硬件资源的 “大管家”

1. 操作系统的本质与目标

定义：一个对计算机软硬件资源进行管理的系统软件
核心目标：
- 对下：合理管理硬件资源（CPU、内存、磁盘、外设），提高资源利用率
- 对上：为用户 / 应用程序提供稳定、高效、安全的执行环境

2. 操作系统的四大核心管理模块

进程管理：管理运行中的程序（进程），分配 CPU 时间片，实现多任务并发
内存管理：管理内存空间分配 / 回收，保证进程间内存隔离，避免冲突
文件系统：管理磁盘上的文件，实现数据的永久存储与高效访问
驱动管理：通过驱动程序与外设交互，屏蔽硬件差异，为上层提供统一接口

3. 管理的本质：先描述，再组织

操作系统对硬件 / 软件的管理，本质和我们用 C 语言写通讯录一样：

先描述：用结构体定义被管理对象的属性（如进程用struct task_struct描述，包含 PID、状态、内存地址等）
再组织：用数据结构（链表、数组等）将多个对象组织起来，实现增删改查管理

类比：校长管理学生 → 用结构体描述学生信息，用链表组织所有学生，通过管理链表实现对学生的管理

三、进程：运行起来的程序

1. 程序与进程的区别（核心考点）

程序：存放在磁盘上的静态文件，是指令和数据的集合（如 QQ.exe）
进程：程序加载到内存后，正在运行的实例，是动态的，有生命周期（创建、运行、终止）
一句话区分：程序是静态的文件，进程是程序的一次运行过程

2. PCB（进程控制块）：进程的 “身份证”

定义：操作系统用struct task_struct结构体描述进程，这个结构体就是 PCB
核心作用：
1. 保存进程的所有属性：PID（进程 ID）、状态、优先级、内存地址、打开的文件等
2. 让操作系统可以管理进程：通过链表组织所有进程的 PCB，实现调度、终止等操作
3. task_struct内容分类
  标示符：描述本进程的唯一标示符（PID），用来区别其他进程
  状态：任务状态、退出代码、退出信号等
  优先级：相对于其他进程的优先级
  程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址、
  内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，以及和其他进程共享的内存块的指针
  上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据（如 CPU 寄存器）
  I/O 状态信息：包括显示的 I/O 请求、分配给进程的 I/O 设备和被进程使用的文件列表
  记账信息：可能包括处理器时间总和、使用的时钟数总和、时间限制、记账号等
  其他信息
进程的组成：进程 = PCB（内核数据结构） + 进程对应的代码和数据

解析进程标识符的作用
在 Linux 中，每个进程都有两个关键的标示符：
PID（Process ID）：进程 ID，当前进程的唯一数字编号
PPID（Parent Process ID）：父进程 ID，创建当前进程的进程编号
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main() { printf("pid %d\n", getpid()); // 获取当前进程的PID printf("ppid %d\n", getppid()); // 获取当前进程的PPID return 0; }
查看进程符
1.PID：操作系统识别进程的 “唯一身份证号”
作用：区分系统中所有进程，是进程的唯一标识
应用场景：
管理进程：用kill PID命令发送信号（如终止、暂停进程）
调试与监控：ps aux、top等工具通过 PID 显示进程信息
进程间通信：IPC 机制（如管道、信号）依赖 PID 定位目标进程
日志记录：系统日志、应用日志中用 PID 标识事件对应的进程
2.PPID：记录进程的 “父子关系”
作用：标识创建当前进程的父进程，构建进程间的层级关系
应用场景：
理解进程创建：通过 PPID 可以追溯进程的来源，例如命令行启动的进程 PPID 通常是bash（终端进程）
处理僵尸进程：父进程通过 PPID 识别子进程，调用wait()回收其退出状态
孤儿进程管理：父进程退出后，子进程会被init进程领养，PPID 变为 1
进程树管理：操作系统通过 PID 和 PPID 构建进程树，管理进程的创建与终止

3. 进程的动态属性

进程在调度运行时，会有不同状态（就绪、运行、阻塞等），可以被创建、调度、终止
常用操作：
- getpid()：获取当前进程的 PID
- kill -9 进程ID：强制终止进程
- 命令行启动的进程，父进程默认是bash（终端进程）

4.`fork()`：创建子进程

核心规则：
1. fork()执行前：只有父进程一个进程
2. fork()执行后：产生父进程和子进程两个进程，后续代码被父子进程共享
3. 通过返回值区分父子进程：
  - 父进程返回子进程的 PID（大于 0）
  - 子进程返回 0
  - 出错返回 - 1
作用：实现多任务并发，让父子进程可以执行不同的任务逻辑

创建子进程

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main() { int ret = fork(); printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); sleep(1); return 0; }

子进程返回0

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main() { int ret = fork(); if(ret < 0){ perror("fork"); return 1; } else if(ret == 0){ //child printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); }else{ //father printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret); } sleep(1); return 0; }

进程同时进行，并发