Linux软件编程：进程

目录

一、基本概念

二、进程创建

1. 进程空间分布

2. 虚拟地址与物理地址

3. 多进程存储与调度

三、进程相关命令

1. top

2. ps -ef

3. ps -aux

4. 后台执行进程任务

5. jobs

6. fg

7. nice/renice

8. kill/killall

四、进程状态

五、进程相关函数接口

1.fork：创建子进程

2.getpid/getppid

3.exit与_exit

4.进程回收

1.wait

2.waitpid

六、进程消亡

1.孤儿进程

2.僵尸进程：

3.如何避免产生僵尸进程？

一、基本概念

• 进程：程序动态执行的过程，包含创建、调度、消亡等阶段
• 程序：存放在外存中的一段数据集合（静态）

二、进程创建

1. 进程空间分布

操作系统为每个运行的进程开辟 0-4G 虚拟内存空间，分为：

• 内核空间：不允许用户访问
• 用户空间：
  • 文本段：存放代码和指令
  • 数据段：包含字符串常量、已初始化 / 未初始化的全局变量 / 静态变量（编译时开辟空间，程序结束回收，未初始化值为 0）

数据区存放数据特点：

• 未经初始化值为0值
• 编译时开辟空间

• 程序结束时回收空间

• 系统数据段：
• 堆区：通过malloc申请、free释放（需避免内存泄露）

堆区存放数据特点：

• malloc申请堆区空间
• free释放堆区空间
• 注意：避免产生内存泄露

• 栈区：存放局部变量、函数运行数据（未初始化值为随机值，超出作用域自动回收）

栈区存放数据特点：

• 未经初始化值为随机值
• 执行到变量定义开辟内存空间
• 超过变量作用域回收变量空间

2. 虚拟地址与物理地址

• 虚拟地址：用户可见的地址，代表用户可寻址范围
• 物理地址：内存存放数据的实际硬件地址
• MMU（内存映射单元）：负责虚拟地址与物理地址的映射

• 

3. 多进程存储与调度

• 存储特点：多个进程物理地址独立（空间独立），但共享虚拟内存空间

• 

• 调度算法：

1. 先来先执行
2. 高优先级调度
3. 时间片轮转调度

• 调度本质：宏观并行（看似同时执行），微观串行（CPU 在多个任务间高速切换）
• 宏观分析：一个CPU同时执行多个进程任务
  微观分析：一个CPU在多个任务中高速切换保障多任务执行

三、进程相关命令

命令	功能	关键信息
top	动态查看进程信息（按 CPU、内存占用率）	显示 PID（进程 ID）、USER（创建者）、PR/NI（优先级）、% CPU、% MEM 等，q退出
ps -ef	查看某一时刻所有进程信息	显示 UID（创建用户）、PID、PPID（父进程 ID）、CMD（进程命令）；`ps -ef	grep 进程名 ` 可查找特定进程
ps -aux	查看某一时刻所有进程信息	显示 USER、PID、% CPU、% MEM、STAT（状态）等
./a.out &	后台执行进程	进程在后台运行
jobs	查看终端后台进程任务	显示后台进程编号
fg 编号	将后台进程放到前台执行	需通过jobs获取进程编号
nice/renice	改变进程优先级	优先级范围 - 20~20（数字越小优先级越高）；nice -n 优先级 进程名/renice -n 优先级 进程PID
kill/killall	杀死进程	kill -编号 进程PID/killall -编号 进程名；kill -9 PID强制终止

1. top

示例：top

功能：根据CPU占用率和内存占用率查看当前所有进程的信息

PID：唯一区分进程的ID号

USER：创建者

PR NI：优先级

VIRT

RES

SHR：资源占用

S：状态

%CPU:CPU占用率

%MEM:内存占用率

TIME+：运行的时长

COMMAND：进程命令

q退出

2. ps -ef

示例：ps -ef

功能：查看该时刻的所有进程信息

UID：创建进程的用户

PID：进程的ID号

PPID：父进程的ID号

C

STIME

TTY：进程依赖的终端

TIME

CMD

ps -ef | grep 进程名

查找与进程名对应的进程信息

3. ps -aux

示例：ps -aux

功能：查看该时刻的所有进程信息

USER

PID

%CPU

%MEM

VSZ

RSS

TTY

STAT：进程的状态

START TIME

COMMAND

4. 后台执行进程任务

示例：./a.out &

功能：后台执行a.out进程

5. jobs

示例：jobs

功能：查看终端下所有的后台进程任务

6. fg

示例：fg 编号（通过jobs查看）

功能：后台执行的任务放到前台执行

7. nice/renice

示例：nice -n 优先级编号 进程名

renice -n 优先级编号 进程PID

功能：改变进程的优先级

优先级范围：-20 - 20

数字越小优先级越高

8. kill/killall

示例：kill -编号 进程PID

killall -编号 进程名

功能：杀死进程任务

kill -9 PID

四、进程状态

状态标识	进程状态及含义
R	就绪态 / 运行态（位于 CPU 调度队列中）
S	可唤醒等待态（等待资源，可被打断，资源到来后加入调度队列）
D	不可唤醒等待态（等待资源，不可被打断，资源到来后加入调度队列）
T	停止态（用户人为暂停）
Z	僵尸态（进程结束，空间未回收）
X	结束态（进程结束，空间已回收）

五、进程相关函数接口

1.fork：创建子进程

• 功能：父进程调用后生成子进程，子进程拷贝父进程的文本段、数据段、系统数据段
• 返回值：父进程返回子进程 PID，子进程返回 0，出错返回 - 1
• 特点：父子进程空间独立，变量 / 数据互不影响，PID 不同

注意：

• 子进程拷贝父进程文本段、数据段、系统数据段
• 父进程与子进程空间独立，同一份代码中的变量和数据都会在父子进程中各有一份，父子进程
• 修改自己空间的数据不会影响对方的空间
• 进程的PID不一样
• fork的返回值不一样，父进程中返回子进程的PID，子进程中返回0
• PID：一定是 > 0

2.getpid/getppid

• getpid()：原型：pid_t getpid(void);        获取当前进程 PID
• getppid()：原型：pid_t getppid(void);         获取当前进程的父进程 PID

3.exit与_exit

• 原型：void exit(int status);
• 功能： 结束进程任务并返回进程结束状态
• 参数： status:进程结束状态的值

• 原型：void _exit(int status);
• 功能： 结束进程任务并返回进程结束状态
• 参数： status:进程结束状态的值

注意：

1. 在主函数中调用exit和return功能保持一致
2. return在函数内部将结束该函数
3. exit在函数内部会将进程结束
4. exit会在结束前刷新缓存区
5. _exit不会刷新缓存区

4.进程回收

1.wait

• 原型：pid_t wait(int *wstatus);
  功能： 回收子进程空间
  参数： wstatus:存放子进程结束状态空间的首地址
  返回值： 成功返回回收到的子进程的PID ；失败返回-1

注意：

wait具有阻塞等待功能，等到有子进程结束才会回收子进程继续向下执行

2.waitpid

• 可指定回收特定子进程（功能更灵活）

六、进程消亡

1.孤儿进程

• 产生：父进程先结束，子进程成为孤儿进程
• 处理：被init进程收养

2.僵尸进程：

• 是每个进程结束必然会经历的阶段
• 产生原因：子进程结束后，父进程未回收其空间，导致空间被占用

3.如何避免产生僵尸进程？

•  父进程先结束，子进程会成为孤儿进程，孤儿进程被init进程收养，子进程再结束，init进程回收进程空间
• 子进程结束，父进程回收子进程空间，避免产生僵尸进程