【Linux系统编程】进程概念（二）进程的概念和基本操作
【Linux系统编程】进程概念（二）进程理解、父子进程
- 1. 进程概念
- 1.1 进程与PCB
- 1.2 深入理解PCB（task_struct）
- 2 进程基本操作
- 2.1 查看进程
- 2.2 查看进程状态信息
- 2.3 获取PID和PPID
- 2.4 如何创建进程（子进程）
- 2.4.1 fork
- 2.4.2 fork的返回值
- 2.5 为什么新建文件默认是新建在当前路径？
1. 进程概念
1.1 进程与PCB
通俗地讲，一个已经加载到内存中并正在运行（或等待运行）的程序，我们称之为进程，也常被称为任务。
从操作系统内核的角度分析，进程本质由两部分组成：
- 你自己的代码和数据：即来自那个静态的程序二进制文件。
- 内核的进程控制块PCB（process control bolck）：一个用于描述和管理该进程的内核数据结构。
核心机制：“先描述，再组织”
- 描述：操作系统需要管理进程，第一步就是“描述”它。它会为每一个进程创建一个专门的数据结构，用来记录该进程的所有属性信息。这个数据结构就是进程控制块（PCB）。因此，PCB是进程属性的集合体。
- 组织：当系统中存在多个进程时，操作系统会通过数据结构将这些PCB有效地组织起来，以便对这些进程进行增删查改等操作。
1.2 深入理解PCB（task_struct）
PCB是一个通用术语，在Windows、Linux、MacOS等操作系统中都有对应的实现。在Linux中，这个关键的数据结构被具体命名为task_struct。
- 它是什么？ task_struct是Linux内核中定义的一个结构体，是PCB的具体实现。
- 它在哪？ 它被加载在内存（RAM）中。
- 它做什么？ 它完整地描述了一个进程的全部信息。
这个结构体非常复杂，但大体上包含以下几类关键信息：
- 标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程。
- 状态：任务状态，退出代码，退出信号等。
- 优先级：相对于其他进程的优先级。
- 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
- 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块指针。
- 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。
- I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表。
- 记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记帐号等。
- 其他信息。
2 进程基本操作
2.1 查看进程
ls /proc
这些数字都是进程的标识符
2.2 查看进程状态信息
ps axj
第一行的PID就是该进程的标识符，PPID就是该进程的父进程的标识符。
2.3 获取PID和PPID
头文件：#include< sys/types.h >、#include< unistd.h >
获得该进程的标识符的函数 pid_t getpid(void);
获得该进程的父进程的标识符的函数 pid_t getppid(void);
以下面的代码为示例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> int main()
{ while(1) { pid_t pid = getpid(); pid_t ppid = getppid(); printf("我是一个进程：pid：%d, ppid: %d\n", pid, ppid); sleep(1); } return 0;
}
可以知道该进程的标识符是19190，其父进程的标识符是17553
ps axj | head -1 是拿到第一行
ps axj | grep process 是显示process的进程状态信息
ps axj | head -1 && ps axj | grep process 就是两个命令都执行
经过查询，发现PID和PPID确实是跟程序输出的一样
那么该进程的父进程到底是谁呢？
通过查询，我们发现该进程的父进程是bash（命令行解释器），所以bash本身也是一个进程，并且我们在bash上输入的命令ls、pwd等其实是bash进程创建的子进程。
我们自己能不能通过代码的方式也创建子进程呢？
2.4 如何创建进程（子进程）
2.4.1 fork
头文件：#include< unistd.h >
创建子进程的函数：pid_t fork(void);
以下面的代码为例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> int main()
{ printf("I am a process：pid：%d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()); sleep(1); // 创建子进程 fork(); while(1) { pid_t pid = getpid(); pid_t ppid = getppid(); printf("我是一个进程：pid：%d, ppid: %d\n", pid, ppid); sleep(1); } return 0;
}
我们发现while循环中的代码会执行两次，这是为什么？
还记得我们执行fork函数创建了一个子进程吗？其实fork函数创建的子进程会有自己的task_struct，但代码和数据是和父进程共享的，所以输出的pid和ppid都是自己task_struct中的pid和ppid。
查询之后发现process的父进程是bash，子进程是我们fork创建的子进程，且我们创建的子进程的父进程是process。
那子进程有什么用呢？目前看来子进程执行的代码跟父进程是一样的，好像没什么用啊。
凡是创建子进程，都是为了完成任务。
所以我们就要说说fork的返回值了。
2.4.2 fork的返回值
如果系统调用fork函数创建子进程失败，就返回一个 < 0 的值；
如果系统调用fork函数创建子进程成功，就给子进程返回一个 0 ，给父进程返回子进程的标识符（PID）
我们以下面的代码为例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{printf("我是父进程：pid：%d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());pid_t id = fork();if(id < 0){return 1;}else if(id == 0){// childwhile(1){printf("I am 子进程, pid: %d, ppid: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);sleep(1);}}else{// parentwhile(1){printf("I am 父进程, pid: %d, ppid: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);sleep(1);}} return 0;
}
由上面代码输出的结果，下面我们提出 3 个问题
1. 为什么给子进程返回的是0，给父进程返回的是子进程的pid？
父进程与子进程之间是1对多的，之后讲进程状态的时候会提到子进程结束后，父进程是要对子进程进行回收的,所以要给父进程返回对应子进程的pid；那fork返回的值 > 0 和 < 0 的值都返回过了，所以子进程就返回 0 了。
2. fork()函数为什么会返回两次啊？
大家想一下，fork函数返回之前是不是创建子进程已经完成了才返回的，还记得我们之前说的吗？其实fork函数创建的子进程会有自己的task_struct，但代码和数据是和父进程共享的， 所以return 返回的代码也是一样的啊，只是相对于父进程fork返回对应子进程的pid，相对于子进程fork返回0。
3. 一个id，怎么能接收两个不同的值？既 == 0，又 > 0 ?
这个问题其实上面讲的你理解了，就自然知道了，父进程和子进程同时执行两份相同的代码，但由于返回值id的不同，进入了不同的if逻辑中。
2.5 为什么新建文件默认是新建在当前路径？
以下面的代码为例，说明问题
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{fopen("test.txt", "w");while(1){printf("pid: %d\n", getpid());sleep(1);}return 0;
}
可以看到默认在当前路径创建了test.txt
输入命令 ls /proc/当前进程的pid -l，可以看当前进程的信息，其中下面图片中的cwd后面的路径就是当前进程所在路径，如果新建文件不给路径默认就会在该路径下新建文件
下面我们把cwd中的路径改了，看是否是我说的那样。
更改cwd中路径的函数 chdir
头文件：#include < unistd.h >
函数声明：int chdir(const char* path);
path就是要更改为哪个路径。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{chdir("/home/lsb");fopen("test.txt", "w");while(1){printf("pid: %d\n", getpid());sleep(1);}return 0;
}
这样我们就把路径改了，但是如果下次我们代码中不调用chdir改变路径，它的路径就还是原来的默认当前路径。
