内核编程九：进程概述
进程是任何多道程序设计的操作系统中的基本概念。通常把进程定义为程序执行的一个实例，因此，如果16个用户同时运行vi，那么就有16个独立的进程（尽管它们共享同一个可执行代码）。操作系统会为每个进程分配独立的资源，包括内存、CPU时间、文件描述符等，以保证不同进程之间不会相互干扰。
进程的基本概念
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进程与程序的区别
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程序（Program） 是存储在磁盘上的可执行文件，本质上是静态的代码和数据。
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进程（Process） 是程序运行后的实例，它是动态的，包含代码、数据、堆栈、CPU寄存器等信息。
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进程的状态
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运行（Running）：进程正在CPU上执行。
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就绪（Ready）：进程可以执行，但正在等待CPU调度。
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阻塞（Blocked/Waiting）：进程在等待某些资源（如I/O或信号）。
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终止（Terminated）：进程执行完成或被杀死。
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进程的组成
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进程ID（PID）：系统为每个进程分配的唯一编号。
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程序代码（Text）：进程执行的指令。
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数据段（Data）：全局变量等数据。
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堆（Heap）：动态分配的内存，如
malloc申请的空间。 -
栈（Stack）：存放函数调用信息、本地变量等。
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进程上下文（process context）
进程上下文是操作系统在管理进程时保存的相关信息集合，用于描述进程的执行状态和环境。主要包括以下内容：
| 类别 | 描述 |
|---|---|
| 进程控制块（PCB） | 存储进程的标识、状态、优先级、寄存器值、内存管理信息、打开文件列表等。 |
| 寄存器状态 | 保存CPU寄存器的当前值，如程序计数器、堆栈指针等，确保进程切换后能恢复执行。 |
| 内存管理信息 | 包括页表、段表等，记录进程的内存分配和使用情况。 |
| 打开文件列表 | 记录进程打开的文件及其状态，如文件描述符、读写位置等。 |
| 信号和信号处理 | 记录进程接收的信号及其处理程序。 |
| 进程状态 | 描述进程的当前状态，如运行、就绪、阻塞等。 |
| 调度信息 | 包含进程的优先级、调度策略等，用于操作系统调度。 |
| 资源使用情况 | 记录进程使用的系统资源，如CPU时间、内存等。 |
| 环境变量 | 包含进程运行时的环境变量。 |
| 用户和组信息 | 记录进程的用户和组ID，用于权限管理。 |
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进程上下文是操作系统管理进程的核心数据结构，保存了进程的执行状态和环境信息。
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进程上下文切换时，操作系统会保存当前进程的上下文并加载下一个进程的上下文，确保进程能正确恢复执行。
中断上下文 vs 进程上下文
特性 中断上下文 进程上下文 触发原因 由硬件或软件中断触发。 由进程调度或系统调用触发。 生命周期 短暂，仅限于中断处理期间。 长期，与进程的生命周期一致。 调度 不可调度。 可调度，受操作系统管理。 保存内容 寄存器、程序计数器、处理器状态等。 进程控制块、内存信息、文件描述符等。 特权级别 通常在内核态运行。 可在用户态或内核态运行。
进程的管理
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创建进程
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在Linux系统中，进程通常由
fork()、vfork()或clone()创建：-
fork()：创建一个新进程（子进程），几乎完全复制父进程。 -
exec()：在进程内加载并执行新的程序。 -
clone()：用于创建更轻量级的进程或线程。
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查看进程
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ps -aux：查看当前系统的所有进程信息。 -
top/htop：动态查看进程资源占用情况。 -
pgrep 进程名：查找指定进程的PID。
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终止进程
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kill PID：终止指定进程。 -
killall 进程名：终止所有同名进程。 -
pkill -9 进程名：强制杀死进程。
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进程间通信（IPC）
进程是独立的，但可以通过以下方式进行通信：
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管道（Pipe）：用于父子进程间通信，如
ls | grep txt。 -
消息队列（Message Queue）：通过内核消息队列传输数据。
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共享内存（Shared Memory）：多个进程共享同一块内存区域，速度快。
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信号（Signal）：用于进程间的异步通知，如
SIGKILL、SIGSTOP。 -
套接字（Socket）：用于网络或本机进程通信。
守护进程（Daemon）
守护进程是在后台运行的特殊进程，例如：
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systemd：管理系统服务的守护进程。 -
sshd：处理远程登录的守护进程。 -
cron：定时任务守护进程。