Linux 进程与内存布局详解
1. 什么是进程
1.正在运行的程序，其运行过程中需要消耗内存和CPU。
gcc
main.c ---------->a.out ----------------->./a.out
应用程序 可执行程序 内存
硬盘 硬盘 cpu
程序和进程有什么区别？
程序：静态的数据集合，存储在硬盘空间
程序运行起来可以产生进程；
一个程序可以产生多个进程
进程：是一个程序动态执行的过程，需要消耗内存和CPU，
进程具备动态生命周期，从产生到调度再到消亡
一个进程中也可执行多个程序
| 项目 | 程序 | 进程 |
|---|---|---|
| 存在形式 | 硬盘上的静态文件 | 内存中的动态执行单元 |
| 生命周期 | 长期存在 | 从创建到结束 |
| 数量 | 一个程序可运行多次 | 每次运行都是一个独立进程 |
2. Linux 进程内存布局
当一个进程被创建时，操作系统会为其分配 0~4GB 的虚拟内存空间（32 位系统）。这块虚拟地址空间通常被划分为以下几个区域：
1.1 文本区（Text Segment）
存放程序的可执行指令代码。
包含程序的常量（如字符常量 'A'、数字常量 10、0xAA 等）。
只读，防止程序意外修改指令。
生命周期：程序运行期间固定不变。
1.2 数据段（Data Segment）
分为两部分：
data 段：已初始化的全局变量、已初始化的静态变量。
bss 段：未初始化的全局变量、未初始化的静态变量（系统在程序启动时会将其置 0）。
1.3 字符串常量区
存放 C 语言中的字符串常量，例如 "hello world"。
属于只读数据区的一部分。
1.4 堆区（Heap）
由程序员手动申请（malloc、new）。
生命周期由程序控制（free、delete）。
容量可以在运行时动态扩展或收缩。
1.5 栈区（Stack）
保存局部变量、函数参数和返回值。
保存函数的调用关系（保护现场、恢复现场）。
由系统自动分配和回收。
1.6 内核区
存放内核代码、数据结构。
用户进程无法直接访问，必须通过系统调用
3. 多任务与进程
2.1 多任务（并发）
多任务是让系统具备同时处理多个任务的能力。在 Linux 中有两种方式：
多进程
多线程
进程间通信（IPC）
宏观并行、微观串行：
多任务并发是 CPU 轮流快速切换不同任务，看起来像是同时执行。
4. 进程的调度与状态
4.1 进程调度算法
时间片轮询：每个进程轮流占用 CPU 一段时间。
先来先服务：先到的任务优先执行。
短作业优先：执行时间短的任务优先。
优先级调度：优先级高的任务先执行。
4.2 进程状态
| 状态 | 标记 | 描述 |
|---|---|---|
| 运行态(用户状态运行、内核状态运行) | R | 正在 CPU 上执行 |
| 就绪态 | R | 等待 CPU 调度 |
| 可唤醒等待态 | S | 等待资源，可被唤醒 |
| 不可唤醒等待态 | D | 等待资源，不可被打断 |
| 暂停态 | T | 被挂起暂停执行 |
| 僵尸态 | Z | 进程结束但资源未回收 |
| 结束态 | X | 进程结束且资源已回收 |
操作系统进程进程三态图：
Linux操作系统的进程状态：
5. 进程相关命令
PID：进程的ID号
PPID ：父进程ID号
父进程：产生子进程的进程称为父进程
子进程：父进程产生出来的新进程即为该父进程的子进程
1. ps -aux
ps -aux
查看进程相关参数：PID、状态、CPU占有率、内存占有率
ps -aux | grep ./a.out
| ： 管道 ：前面命令的输出作为后面命令的输入
grep ： 字符串查找：在输入中查找和后面字符串相关的数据
2. top
top
动态查看进程的相关参数：CPU占有率、内存占有率
3. ps -ef
ps -ef
查看该进程的ID和父进程ID
4. pstree
pstree
查看进程的产生关系
pstree -p
查看进程的产生关系(有PID号)
pstree -sp 进程PID号
查看某个指定的进程的产生关系
5. kill
kill -信号的编号/信号的名称 PID
向进程发送信号，让进程的状态发生变化
kill -l
查看系统支持的信号
结束一个进程：
kill -9 PID
kill -SIGKILL PID
killall -9 进程名称
+表示前台进程
后台进程
jobs
查看当前终端的后台进程
fg 后台进程编号
让后台进程切换成前台进程
示例：
ps -aux | grep ./a.out
kill -9 PID
killall -9 进程名称
6. 进程编程接口
6.1 创建进程
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t fork(void);
功能：复制父进程，创建一个新的子进程。
特点：
子进程完整拷贝父进程的 0~3G 虚拟内存空间。
父子进程的栈区、数据区、文本区、堆区完全独立。
PID 不会被复制。
返回值：
> 0：父进程，返回值是子进程的 PID
== 0：子进程
-1：创建失败
6.2 进程 ID
getpid()：获取当前进程 PID
getppid()：获取父进程 PID
6.3 进程退出与回收
退出：return 或 exit()
回收：wait()、waitpid() 释放子进程资源
1.进程退出：return、exit()相关函数
1）main中return
2) exit ()、_exit() :结束一个进程
exit (0) : 正常退出
exit (非0) ：由于进程产生了某种问题，需要主动退出进程
2.回收资源空间：wait（）、waitpid（）
僵尸进程：进程退出后，但其资源空间未被父进程回收
如何避免僵尸进程产生：
1. 子进程退出后，父进程及时为其回收资源空间
2. 让该进程成为一个孤儿进程，结束时被操作系统中的系统进程回收
孤儿进程：父进程先消亡，其对应的子进程成为一个孤儿进程，会被系统进程所收养
（守护类的进程）