【C/C++】进程
一、进程是什么？—— 程序的 “动态化身”
进程是程序在计算机中的一次执行过程，是操作系统资源分配和调度的基本单位。如果把程序比作存放在硬盘上的 “食谱”，那么进程就是厨师按照食谱烹饪的 “动态过程”—— 它不仅包含程序代码（文本段），还涵盖运行时所需的数据（数据段、堆）、栈空间、寄存器状态、进程控制块（PCB）等核心资源。
在 Linux 系统中，所有进程都源于init进程（PID=1），通过 fork/exec 机制创建新进程，形成树形结构。使用ps -ef命令可查看系统中所有进程的 PID（进程唯一标识）、PPID（父进程 ID）、状态等关键信息，这是排查进程问题的基础操作。
二、进程的生命周期与状态转换
进程从创建到终止会经历多个状态，Linux 系统中核心状态包括 5 种：
- 运行态（R）：进程正在 CPU 上执行，或处于就绪队列等待调度；
- 就绪态：进程已分配所有必要资源，只需等待 CPU 空闲即可执行；
- 阻塞态（D）：进程因等待某类事件（如 I/O 完成、信号量）而暂停，此时即使 CPU 空闲也无法执行；
- 终止态（Z）：进程执行完毕，但父进程未回收其资源（如 PCB），形成 “僵尸进程”；
- 暂停态（T）：进程被信号暂停（如kill -STOP PID），需通过kill -CONT PID恢复。
状态转换的核心触发事件包括：CPU 调度（R↔就绪）、I/O 请求（R→D）、信号处理（R→T）、进程退出（R→Z）等。理解状态转换是定位进程卡顿、僵尸进程等问题的关键。
三、进程管理的核心操作与实践
1. 进程创建：fork 与 exec 的协同
- fork()：通过复制父进程创建子进程，子进程与父进程共享代码段，数据段和栈空间独立（写时复制）；
- exec()：替换进程的代码段和数据段，加载新程序执行，PID 保持不变。
示例代码（C 语言）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid = fork(); // 创建子进程
if (pid == 0) {
execlp("ls", "ls", "-l", NULL); // 子进程执行ls命令
} else if (pid > 0) {
wait(NULL); // 父进程等待子进程结束
printf("子进程执行完毕\n");
}
return 0;
}
2. 进程通信（IPC）机制
进程拥有独立地址空间，无法直接访问彼此数据，需通过 IPC 机制实现通信：
- 管道（Pipe）：半双工通信，适用于父子进程；
- 消息队列（Message Queue）：按类型传递数据，支持非亲缘进程；
- 共享内存（Shared Memory）：最快的 IPC 方式，进程直接访问共享内存区域；
- 信号量（Semaphore）：用于同步与互斥，防止并发冲突。
3. 进程调度：抢占式与非抢占式
操作系统通过调度算法分配 CPU 资源，Linux 采用完全公平调度（CFS）：
- 为每个进程分配权重，计算虚拟运行时间；
- 优先调度虚拟运行时间最短的进程，保证公平性；
- 支持实时进程（SCHED_FIFO/SCHED_RR），优先级高于普通进程。
四、常见进程问题排查
- 僵尸进程：父进程未调用wait()回收子进程资源，可通过kill -9 父进程PID解决；
- 孤儿进程：父进程先于子进程退出，子进程被init进程（PID=1）收养，资源会被正常回收；
- 进程占用过高 CPU：使用top命令定位高 CPU 进程，结合perf工具分析代码瓶颈；
- 进程阻塞：通过ps -aux | grep D查看阻塞进程，排查 I/O 设备或资源依赖问题。
五、总结
进程是操作系统抽象的核心，理解其本质、生命周期、管理机制和 IPC 通信，是掌握系统编程和性能优化的基础。无论是开发多进程应用，还是排查系统故障，都需要深入理解进程的工作原理。实际开发中，需根据场景选择合适的进程创建方式和 IPC 机制，同时关注进程状态和资源占用，避免出现僵尸进程、资源泄漏等问题。
后续将进一步探讨线程、进程池、容器化（Docker）等基于进程的高级应用，欢迎持续关注！