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進程基本概念
這篇文章帶你了解 Linux 進程的基本概念沉唠，不解釋了疆虚，快點上車...
程序和進程
先看看程序和進程的區(qū)別梭冠，程序是一個磁盤上的文件蓝丙，而進程通常被定義為一個正在運行的程序?qū)嵗?/strong>，進程由兩部分組成：
- 操作系統(tǒng)用來管理進程的內(nèi)核對象：內(nèi)核對象用來存放進程的統(tǒng)計信息
- 獨立的內(nèi)存地址空間：包含可執(zhí)行模塊的代碼和數(shù)據(jù)俘种，還包含分配的內(nèi)存空間嘀韧，例如堆篇亭，棧
進程運行過程
運行進程可以簡單的理解為：計算機將磁盤的二進制程序加載到內(nèi)存空間中，并且指引 CPU 在內(nèi)存中尋址锄贷，然后計算的過程：
- 將磁盤程序裝載到內(nèi)存译蒂，所謂實例化
- 讀取并執(zhí)行內(nèi)存中的程序段內(nèi)容，這個過程會涉及變量分配和內(nèi)存尋址等操作
- 結(jié)束或者繼續(xù)執(zhí)行
進程運行特性
進程的運行特性主要可以包含 3 個方面：
- 多任務：內(nèi)存中可以存在多個進程
- 并發(fā)：多個進程可以「并發(fā)」執(zhí)行
- 程序獨立：進程之間互不影響
例如 Linux 系統(tǒng)是多任務谊却，分時系統(tǒng)柔昼，每個進程都有獨立的地址空間，操作系統(tǒng)給每個進程都分配一定的 CPU 執(zhí)行時間片炎辨，然后通過進程調(diào)度（時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法）來同時調(diào)度運行多個程序岳锁，因為調(diào)度時間被設(shè)置的非常短，模擬了好像每個程序都獨占地使用 CPU 的狀態(tài)蹦魔。如下圖：
A激率，B，C勿决，D 每個進程都有固定的運行時間片乒躺。比如當進程 B 的時間片用完了，操作系統(tǒng)就保存 B 進程的狀態(tài)低缩，并將 CPU 切換到另外一個進程 A 去運行嘉冒，之后再次輪到 B 進程運行時，操作系統(tǒng)就恢復之前保存的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行咆繁。這些切換的時間非常短讳推，以至于在單 CPU 上，可以模擬出「并行執(zhí)行」的效果玩般，但是實際上還是順序執(zhí)行银觅。但在多核 CPU 上，每個 CPU 都可以單獨運行一個程序坏为，那樣才是真正的并行執(zhí)行究驴。
進程地址空間 & 虛擬內(nèi)存
因為系統(tǒng)中同時存在多個進程镊绪，為了避免它們相互干擾，需要某種保護機制洒忧。通常每個進程有一些可以使用的內(nèi)存地址集合蝴韭，如果多個進程需要的總內(nèi)存比物理內(nèi)存小，那么可以在內(nèi)存中存放多個進程熙侍，如果有進程需要使用比物理內(nèi)存還要大的內(nèi)存榄鉴，那么在早期這個進程就不能運行了。
但是現(xiàn)在有一種稱為虛擬內(nèi)存的技術(shù)可以解決這個難題：操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個地址空間的抽象蛉抓，作為進程可以引用的地址集合庆尘，例如 32 位上是 2^32 = 4 GB，這個地址空間被分割成一個個的頁面（page）芝雪，常見 4KB 大小。這些頁面被映射到物理內(nèi)存综苔，但并不是所有的頁面都在內(nèi)存中才可以運行程序惩系，而是只加載需要的部分：
- 當進程引用到的內(nèi)容在物理內(nèi)存中，就由硬件映射到進程地址空間中
- 當進程引用到的內(nèi)存不在物理內(nèi)存中如筛，就由操作系統(tǒng)負責將缺失的部分裝入物理內(nèi)存并重新執(zhí)行失敗的指令堡牡，這個過程也叫做「缺頁中斷」
在 32 bit 系統(tǒng)中，進程地址空間大小為 2 ^ 32 = 4 GB杨刨，具體分配如下圖：
一個進程地址空間主要包含下面這些：
- 代碼段：只讀
- 數(shù)據(jù)段：初始化過的變量
- BSS 段：未初始化的變量
- 堆空間：低地址向高地址增長晤柄，調(diào)用
malloc分配堆內(nèi)存 - 棧空間：高地址向低地址增長妖胀，自動增長和釋放芥颈，用于存儲臨時變量和函數(shù)調(diào)用
- 內(nèi)存映射空間：比如用于進程間通信（IPC）的共享內(nèi)存文件
其中每個部分都有很多可以學習的，這里只是介紹基本的的概念赚抡。
進程生命周期
進程主要的生命周期有 3 個爬坑，在不同的系統(tǒng)中都是大同小異：
- 運行
- 掛起
- 消亡
整個生命周期可以用下圖來表示：
例如在 Linux 中：
- 進程通過
fork系統(tǒng)調(diào)用被創(chuàng)建，進入 TASK_RUNNING 準備運行狀態(tài) - 如果此進程被內(nèi)核
schedule調(diào)度器調(diào)度運行涂臣，則會進入運行狀態(tài)（TASK_RUNNING） - 如果進程睡眠或者等待 IO 則會處于任務掛起狀態(tài)（TASK_INTERRUPTIBLE）或（TASK_UNINTERRUPTIBLE）盾计，這兩者的區(qū)別是能否被中斷喚醒。
- 如果進程退出赁遗，例如調(diào)用
do_exit則進入消亡狀態(tài)
進程表
在許多操作系統(tǒng)中署辉，與一個進程有關(guān)的所有信息，除了該進程自身地址空間的內(nèi)容以外岩四，均放在操作系統(tǒng)的一張表中哭尝，稱為進程表（process table），進程表是數(shù)組或者鏈表結(jié)構(gòu)剖煌，當前存在的每個進程都要占用其中的一項刚夺。每個表項描述的進程信息有下面 3 類：
- 進程管理信息：比如使用的寄存器狀態(tài)献丑，PSW，進程優(yōu)先級侠姑，父進程创橄，棧指針等等
- 文件管理信息：比如當前工作目錄，用戶 ID莽红，組 ID 等等
- 存儲管理信息：比如常見的進程的代碼段指針妥畏，數(shù)據(jù)段指針等等
進程樹
在 Linux 中一個進程可以創(chuàng)建子進程，子進程也可以創(chuàng)建子進程安吁，這樣就可形成一棵進程樹醉蚁，像下面這樣：
在這個進程樹中，進程 A 創(chuàng)建了它的 2 個子進程 B 和 C鬼店，進程 B 又創(chuàng)建了它的 3 個子進程 D网棍，E，F(xiàn)妇智，這樣就形成了一顆樹滥玷，要注意的是，進程樹的深度一般是 2 - 3 層巍棱，不會太多惑畴。但是在 Windows 中卻沒有子進程和進程樹這些概念，Windows 上的進程都是平等的航徙。
僵尸進程 & 孤兒進程
有時候父子進程之間會出現(xiàn)點異常如贷，例如下面這兩種狀態(tài)：
孤兒進程：父進程退出，而它的一個或多個子進程還在運行到踏，那么那些子進程將成為孤兒進程杠袱。孤兒進程將被 init 進程(進程號為 1) 所收養(yǎng)，并由 init 進程對它們完成狀態(tài)收集工作窝稿，這樣的進程稱為孤兒進程霞掺。
僵尸進程：一個進程使用 fork 創(chuàng)建子進程，如果子進程退出讹躯，而父進程并沒有調(diào)用 wait 或 waitpid 獲取子進程的狀態(tài)信息菩彬，那么子進程的進程描述符仍然保存在系統(tǒng)中，這樣的進程稱之為僵尸進程潮梯。
結(jié)語
在學習 Linux 的進程之前骗灶，這些概念是需要了解的，這會幫助我們更好的理解和編寫進程相關(guān)的代碼秉馏。進程管理也是內(nèi)核中的一個非常重要的模塊耙旦，畢竟我們天天玩的都是一個個的進程，了解它的原理太有必要了萝究！
最后免都，感謝你的閱讀锉罐，我們下次再見 :)
