Linux学习-多任务（进程）
多任务：让系统具备同时处理多个任务的能力
1.多线程
2.多进程
3.进程间通信
进程
进程是正在运行的程序，运行时需消耗内存与 CPU 资源，是程序动态执行的过程，有从产生、调度到消亡的生命周期 。
程序与进程的区别
程序：静态数据集合，存储于硬盘。 程序运行产生进程；一个程序可生成多个进程 。
进程：程序动态执行过程，消耗内存、CPU 。一个进程中可执行多个程序 。具备动态生存周期，从产生到调度再到消亡。
进程的产生
进程产生时，操作系统会为其分配 0 - 4G 的虚拟内存空间 ，作为进程运行的 “容器” ，承载后续各类数据与代码的存储、执行 。
（一）内核区（3G - 4G ）
属于操作系统内核使用区域，承担文件管理、进程管理、内存管理等核心功能，是系统稳定运行的基础支撑 。
（二）栈区（靠近 3G ）
- 存储内容：局部变量、函数形参和返回值，以及函数调用关系（用于保护现场、恢复现场，保障函数调用流程有序） 。
- 特点：由系统自动分配和释放，遵循 “后进先出” 原则，空间管理高效 。
（三）堆区（介于栈区与数据区之间 ）
- 分配释放：由开发人员手动分配（如 C 语言中 malloc 函数 ）、手动释放（如 free 函数 ） 。
- 作用：为程序动态分配内存，满足运行时按需申请空间的需求，若未正确释放易引发内存泄漏问题 。
（四）数据区
1. data 段：存储已初始化的全局变量、已初始化的静态变量（ static 修饰 ），程序启动时就有确定初始值 。
2. bss 段：存放未初始化的全局变量、未初始化的静态变量（ static 修饰 ），初始时会被系统按位清 0 ，程序运行中可赋值使用 。
3. 字符串常量区：保存字符串常量（如 "hello world" ），为字符串提供统一存储，避免重复定义占用空间 。
（五）文本区（靠近 0 地址 ）
存储内容：指令代码（程序要执行的操作逻辑 ）、字符 / 数值常量（如 'A' 、 10 、 0xAA 等 ）
进程的调度
CPU 数据处理速度快，呈现 宏观并行、微观串行 特点。
即从用户视角，多个进程似同时运行（宏观并行 ）；
实际 CPU 微观上按序处理进程任务（微观串行 ）。
CPU调度算法：
1.时间片轮询算法
2.先来先服务（任务队列） 按进程到达顺序，先到先执行，遵循队列规则
3.短作业优先调度 优先调度执行时间短的作业，提升整体效率
4.优先级调度 高优先级进程先执行，低优先级后执行，适配重要任务
进程的状态
操作系统进程的三态图：
Linux操作系统的进程图：
运行态（R）：包含用户运行态、内核运行态，是正在被 CPU 任务调度执行的进程状态。
就绪态（R）： 进程具备执行条件，仅缺少 CPU 调度，等待获取 CPU 资源即可执行。
可唤醒等待态（S）：又称睡眠态，进程因阻塞等待资源（如 I/O 资源等 ）而暂停，当等待的资源可用时可被唤醒。
不可唤醒等待态（D）：用于不想被 CPU 调度打断的进程任务，在等待特定条件时，不受调度干扰，保障关键流程连续性。
暂停态（T）：进程被暂停执行，需外部操作（如调试指令 ）恢复运行。
僵尸态（Z）：进程执行结束，但占用的资源空间未被系统回收，残留相关信息，需父进程或系统处理清理。
结束态（X）：进程执行完毕，且资源空间已被系统回收，彻底终止，无残留资源。
进程的消亡
1.进程执行结束（进程退出）
2.回收进程资源空间
进程相关命令
- PID：进程唯一 ID 号，标识单个进程。
- PPID：父进程 ID 号，表明进程的父级来源。
- 父进程：产生子进程的进程；
-子进程：父进程创建的新进程，体现进程间的父子关系。
基本命令
（一） ps 系列
- ps -aux ：查看进程参数（PID、状态、CPU/内存占有率 ），全面获取进程运行数据。
- ps -aux | grep /a.out ：结合管道（ | ，前命令输出为后命令输入 ）与 grep （字符串查找 ），精准筛选含 /a.out 的进程信息。
（二） top
动态监控进程，实时查看 CPU 占有率、内存占有率等，便于观察进程资源变化。
（三） ps -ef
聚焦进程 ID（PID ）与父进程 ID（PPID ），清晰呈现进程父子关系。
（四） pstree 系列
- pstree ：展示进程树状产生关系，直观呈现进程层级。
- pstree -p ：带 PID 显示进程树，补充进程唯一标识。
- pstree -sp 进程PID ：指定进程 PID，精准查询该进程的父子关系链。
（五） kill 系列
- kill -信号编号/名称 PID ：向进程发信号，改变进程状态（如终止、暂停 ）。
- kill -l ：查看系统支持的信号列表，了解可用控制指令。
- kill -9 PID ：强制终止进程（ -9 为强制终止信号 ），快速结束指定进程。
jobs：查看当前终端的后台进程
fg 编号：让一个后台进程进入前台
进程相关编程
进程创建
- fork() ：通过拷贝父进程创建子进程，子进程拷贝父进程 0 - 3G 虚拟内存空间、部分 PCB（进程控制块，PID 不拷贝 ）。
- getpid() ：获取当前进程自身 PID 号 。
- getppid() ：获取当前进程父进程的 PID 号 。
fork（）函数：
- 功能：拷贝父进程生成新子进程，子进程完全复制父进程 0 - 3G 虚拟内存（栈、堆、数据区、文本区等 ），但 PID 独立 。
- 返回值：父进程返回子进程 PID（ >0 ）；子进程返回 0 ；出错返回 -1 。
- 注意：父子进程栈、数据区等完全独立，数据不共享，需进程间通信实现数据交互 。
进程调度
由操作系统自动完成，负责分配 CPU 资源，决定进程执行顺序与时长，保障系统高效、有序运行
进程消亡
进程退出
1. main 函数中 return ：在程序入口函数 main 里执行 return ，可结束进程，常搭配返回值体现退出状态（如 return 0 表正常， return 非0 表异常 ）。
2. exit() 与 _exit() ：
二者均可主动终止进程， exit(0) 代表正常退出， exit(非0) 用于进程因问题主动退出场景。
区别： exit() 会执行一些收尾操作（如刷新 I/O 缓冲区 ）， _exit() 直接终止，更 “暴力”。
资源回收
wait() / waitpid() ：父进程调用，用于回收子进程资源，避免子进程成为僵尸进程（进程退出但资源未回收 ）。
僵尸进程：子进程退出后，父进程未及时回收其资源，进程残留 “躯壳”（PCB 等未释放 ）。
避免方法：
1.子进程退出后，父进程用 wait() / waitpid() 及时回收。
2.让子进程成为孤儿进程，由系统进程（如 init 进程 ）回收。
孤儿进程：父进程先消亡，子进程被系统进程（守护类进程 ）收养，结束时由系统回收资源，是一种 “被动” 避免僵尸进程的方式。