Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹

　　Linux操作系統(tǒng)難免會碰到進(jìn)程的相關(guān)問題，下面由學(xué)習(xí)啦小編為大家整理了Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹的相關(guān)知識，希望對大家有幫助!

　　Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹：一、進(jìn)程概述

　　我們平時(shí)寫的 C 語言代碼，通過編譯器編譯，最終它會成為一個可執(zhí)行程序，當(dāng)這個可執(zhí)行程序運(yùn)行起來后(沒有結(jié)束之前)，它就成為了一個進(jìn)程。

　　程序是存放在存儲介質(zhì)上的一個可執(zhí)行文件，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程。進(jìn)程的狀態(tài)是變化的，其包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和消亡。程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的。

　　在 Linux 系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)是通過進(jìn)程去完成一個一個的任務(wù)，進(jìn)程是管理事務(wù)的基本單元。進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的處理環(huán)境(如：當(dāng)前需要用到哪些環(huán)境變量，程序運(yùn)行的目錄在哪，當(dāng)前是哪個用戶在運(yùn)行此程序等)和系統(tǒng)資源(如：處理器 CPU 占用率、存儲器、I/O設(shè)備、數(shù)據(jù)、程序)。我們可以這么理解，公司相當(dāng)于操作系統(tǒng)，部門相當(dāng)于進(jìn)程，公司通過部門來管理(系統(tǒng)通過進(jìn)程管理)，對于各個部門，每個部門有各自的資源，如人員、電腦設(shè)備、打印機(jī)等。

　　Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹：二、進(jìn)程狀態(tài)

　　我們現(xiàn)在的電腦基本上都是多任務(wù)，我們聊著 QQ 的時(shí)候，同時(shí)可以看著視頻，這里相當(dāng)于 QQ 和視頻兩個程序同時(shí)運(yùn)行著(兩個進(jìn)程)。早期的時(shí)候，電腦的 CPU 是單核的(單核理論上只運(yùn)行操作一個任務(wù))，那它是如何做到多任務(wù)的呢?這就涉及到進(jìn)程的調(diào)度策略?，F(xiàn)在給大家舉這么一個例子，有 A，B，C 三個進(jìn)程，在我們單 CPU 的情況下，每一個時(shí)刻只有一個進(jìn)程在運(yùn)行，如果 A 運(yùn)行完，B 運(yùn)行，B 運(yùn)行完，C 運(yùn)行，C 運(yùn)行完，A 運(yùn)行，而 CPU 的運(yùn)算速度足夠快，A 兩次運(yùn)行時(shí)間間隔足夠短，從宏觀上就我們就看到 A，B，C 好像同時(shí)運(yùn)行，這就是實(shí)現(xiàn)單 CPU 運(yùn)行多個任務(wù)的核心原理，通過時(shí)間片輪詢調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)多任務(wù)(更多詳情，請看《Linux 進(jìn)程調(diào)度淺析》)。

　　從上面的例子，我們可以得知，對于 A 進(jìn)程而言，有時(shí)候在運(yùn)行，有時(shí)候沒有運(yùn)行，兩個狀態(tài)不一樣，所以，進(jìn)程是有狀態(tài)的，同時(shí)，狀態(tài)是可以相互進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，從執(zhí)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不執(zhí)行的狀態(tài)，這里，我們可以把進(jìn)程運(yùn)行的整個生命周期簡單劃分為三種狀態(tài)(實(shí)際上不指這三種狀態(tài))：就緒態(tài)、執(zhí)行態(tài)、等待態(tài)。

　　就緒態(tài)：

　　進(jìn)程已經(jīng)具備執(zhí)行的一切條件，正在等待分配 CPU 的處理時(shí)間。

　　執(zhí)行態(tài)：

　　該進(jìn)程正在占用 CPU 運(yùn)行。

　　等待態(tài)：

　　進(jìn)程因不具備某些執(zhí)行條件而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)。

　　這里需要注意，就緒態(tài)和等待態(tài)都是不執(zhí)行，但它們是有區(qū)別的，就緒態(tài)是指滿足條件，時(shí)間沒到，等待態(tài)是不滿足條件。

　　同樣的，進(jìn)程的這三種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換：

　　執(zhí)行態(tài)-->等待態(tài)：

　　正在執(zhí)行的進(jìn)程因等待某種事件發(fā)生而無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，便從執(zhí)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)

　　等待態(tài)-->就緒態(tài)：

　　處于等待態(tài)的進(jìn)程，若其等待的事件發(fā)生，于是進(jìn)程由等待狀態(tài)變成就緒態(tài)

　　就緒態(tài)-->執(zhí)行態(tài)：

　　當(dāng)就緒態(tài)的進(jìn)程所等待的cpu時(shí)間片一到來，進(jìn)程就會從就緒態(tài)變成執(zhí)行態(tài)

　　執(zhí)行態(tài)-->就緒態(tài)：

　　處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程在其執(zhí)行過程中，因分配給它的一個時(shí)間片已用完而不得不讓出cpu，于是進(jìn)程從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變成就緒狀態(tài)

　　為了讓大家更加清晰地了解三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，給大家舉一個lh買火車票的例子。

　　lh匆忙地趕去火車站買火車票，太著急了，到了售票廳才發(fā)現(xiàn)忘記帶身份證，這時(shí)候，就算 lh排隊(duì)也沒用，因?yàn)?lh不具備買票的條件(沒帶身份證)，這時(shí)候的 lh屬于等待態(tài)。

　　lh給它對象打電話，讓她把身份證帶過來，等會，身份證送到了，這時(shí)候，lh可以去排隊(duì)買票了，只是時(shí)間到，lh就可以買票了，這時(shí)，lh屬于就緒態(tài)。而這過程是由等待態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)。

　　等了 10 分鐘，終于到 lh了，lh開始買票，這時(shí)候， lh屬于執(zhí)行態(tài)。而這過程是由就緒態(tài)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行態(tài)。

　　而在買票的過程中，lh的對象打電話給他，讓 lh也幫她買一張火車票，但是， lh沒有她對象的身份證，接著，lh繼續(xù)等他對象送身份證，這時(shí)候，lh由執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)換為等待態(tài)。

　　假如是這么一種情況，lh買火車票是給公司的同事買的(需要買 100 多張票)，在買著票的過程中(執(zhí)行態(tài))，后面還有很多人在排隊(duì)，后面排隊(duì)的人肯定不爽，這時(shí)售票員就說，20分鐘后，如果你還沒處理完，請你到后面排隊(duì)。結(jié)果，lh花了 20 分鐘還是沒有處理完，于是，乖乖地到后面重新排隊(duì)，這時(shí)候，lh由執(zhí)行態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒態(tài)。

　　Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹：三、進(jìn)程控制塊

　　對于操作系統(tǒng)而言，它需要控制很多進(jìn)程，同時(shí)，每個進(jìn)程都有不同的狀態(tài)，系統(tǒng)如何知道 A 執(zhí)行完到 B 執(zhí)行而不是 C?系統(tǒng)如何協(xié)調(diào)控制進(jìn)程呢?

　　當(dāng)我們運(yùn)行一個程序使它成為一個進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)會開辟一段內(nèi)存空間存放與此進(jìn)程相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，而這個數(shù)據(jù)信息是通過結(jié)構(gòu)體( task_struct，ubuntu12.04中打開 /usr/src/linux-headers-3.2.0-23/include/linux/sched.h 可以找到 task_struct 的定義 )來存放，我們把這個存放進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)體稱為進(jìn)程控制塊。

　　操作系統(tǒng)就是通過這個進(jìn)程控制塊來操作控制進(jìn)程。更多詳情，請看《 Linux 進(jìn)程管理》。

　　進(jìn)程控制塊是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程控制塊記錄了用于描述進(jìn)程進(jìn)展情況及控制進(jìn)程運(yùn)行所需的全部信息，它是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程控制塊里有很多信息，其中比較重要的是進(jìn)程號，至于其他的一些信息我們不在這詳細(xì)討論。

　　Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)程的詳細(xì)介紹：四、進(jìn)程號

　　每個進(jìn)程都由一個進(jìn)程號來標(biāo)識，其類型為 pid_t(無符號整型)，進(jìn)程號的范圍：0～32767。進(jìn)程號總是唯一的，但進(jìn)程號可以重用。當(dāng)一個進(jìn)程終止后，其進(jìn)程號就可以再次使用。

　　系統(tǒng)允許一個進(jìn)程創(chuàng)建新進(jìn)程，新進(jìn)程即為子進(jìn)程，子進(jìn)程還可以創(chuàng)建新的子進(jìn)程，形成進(jìn)程樹結(jié)構(gòu)模型。整個 Linux 系統(tǒng)的所有進(jìn)程也是一個樹形結(jié)構(gòu)。樹根是系統(tǒng)自動構(gòu)造的，即在內(nèi)核態(tài)下執(zhí)行的 0 號進(jìn)程，它是所有進(jìn)程的祖先。進(jìn)程號為 0 的進(jìn)程通常是調(diào)度進(jìn)程，常被稱為交換進(jìn)程( swapper )。由 0 號進(jìn)程創(chuàng)建 1 號進(jìn)程(內(nèi)核態(tài))，1 號負(fù)責(zé)執(zhí)行內(nèi)核的部分初始化工作及進(jìn)行系統(tǒng)配置，并創(chuàng)建若干個用于高速緩存和虛擬主存管理的內(nèi)核線程。隨后，1 號進(jìn)程調(diào)用 execve() 運(yùn)行可執(zhí)行程序 init，并演變成用戶態(tài) 1 號進(jìn)程，即 init 進(jìn)程。

　　所以，在 Linux 下面所有的進(jìn)程都由 init 進(jìn)程直接或者間接創(chuàng)建。

　　接下來，再給大家介紹三個不同的進(jìn)程號。

　　進(jìn)程號(PID)：

　　標(biāo)識進(jìn)程的一個非負(fù)整型數(shù)。

　　父進(jìn)程號(PPID)：

　　任何進(jìn)程( 除 init 進(jìn)程)都是由另一個進(jìn)程創(chuàng)建，該進(jìn)程稱為被創(chuàng)建進(jìn)程的父進(jìn)程，對應(yīng)的進(jìn)程號稱為父進(jìn)程號(PPID)。如，A 進(jìn)程創(chuàng)建了 B 進(jìn)程，A 的進(jìn)程號就是 B 進(jìn)程的父進(jìn)程號。

　　進(jìn)程組號(PGID)：

　　進(jìn)程組是一個或多個進(jìn)程的集合。他們之間相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)程組可以接收同一終端的各種信號，關(guān)聯(lián)的進(jìn)程有一個進(jìn)程組號(PGID) 。這個過程有點(diǎn)類似于 QQ 群，組相當(dāng)于 QQ 群，各個進(jìn)程相當(dāng)于各個好友，把各個好友都拉入這個 QQ 群里，主要是方便管理，特別是通知某些事時(shí)，只要在群里吼一聲，所有人都收到，簡單粗暴。但是，這個進(jìn)程組號和 QQ 群號是有點(diǎn)區(qū)別的，默認(rèn)的情況下，當(dāng)前的進(jìn)程號會當(dāng)做當(dāng)前的進(jìn)程組號。