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一、进程的基本概念
-
进程的定义
- 进程是正在执行的程序，是资源分配和调度的独立单元。
- 例如：QQ的多个聊天窗口、一个程序中多个死循环同时执行。
-
程序与进程的区别
- 程序：静态的二进制文件，存储在硬盘。
- 进程：动态的程序运行过程，存在于内存，包含创建、调度、终止等阶段。
二、进程的调度机制
- CPU时间片轮询：CPU以毫秒级速度在多个进程/线程间切换，实现“并发”执行。
三、进程的五态图
- 创建态：申请PCB（进程控制块），填写信息，分配资源后进入就绪队列。
- 就绪态：已获取除CPU外的所有资源，等待CPU调度。
- 运行态：获取CPU资源，执行指令。
- 阻塞态：因等待I/O操作或事件而暂停。
- 终止态：释放资源，回收PCB。
四、虚拟内存与物理内存
- 物理内存：真实内存条上的存储空间。
- 虚拟内存：
- 进程创建时分配4GB虚拟内存（用户空间0-3G独立，内核空间3-4G共享）。
- 虚拟内存通过映射管理物理内存，解决物理内存不足问题。
- 32位系统虚拟内存为4GB，64位系统一般为256TB（48位地址）。
五、进程标识
- PID：进程唯一标识符（如
pidof a.out查看进程号）。 - PPID：父进程ID。
- PGID：进程组ID，默认继承父进程。
- SID：会话ID，默认继承父进程。
六、特殊进程
- 0号进程（
PID=0）：系统引导进程（idel）。 - 1号进程（
PID=1）：init进程，回收孤儿进程。 - 2号进程（
PID=2）：kthread进程，负责调度。
七、进程相关Shell指令
| 指令 | 用途 |
|---|---|
ps -ef | 查看所有进程信息 |
ps -aux | 查看内存使用情况 |
ps -ajx | 查看进程树 |
kill -9 PID | 强制终止进程（SIGKILL信号） |
kill -l | 查看所有信号（共62种） |
八、进程状态（man ps查看）
- R：运行/就绪
- S：可中断休眠（如等待输入）
- Z：僵尸进程（已终止但未被回收）
- D：不可中断休眠（通常为I/O）
- T：被作业控制信号停止（如
Ctrl+Z挂起）
九、关键进程函数
-
fork()- 功能：创建子进程，父子进程独立执行。
- 特点：
- 调用一次，返回两次（父进程返回子进程PID，子进程返回0）。
- 子进程复制父进程的用户空间和文件描述符表。
-
exit()与_exit()exit()：库函数，刷新缓冲区后再终止进程。_exit()：系统调用，直接终止进程，不刷新缓冲区。
-
wait()/waitpid()- 功能：阻塞回收子进程资源，防止僵尸进程。
waitpid支持非阻塞模式（WNOHANG选项）。
十、特殊进程处理
-
僵尸进程
- 成因：子进程终止，父进程未回收资源（
wait未调用）。 - 危害：占用系统资源。
- 解决：通过
wait回收或终止父进程（由系统回收）。
- 成因：子进程终止，父进程未回收资源（
-
孤儿进程
- 成因：父进程终止，子进程被1号进程（init）收养。
- 特点：无害，可被
kill终止。
十一、作业示例
- 父子进程协作拷贝文件：
- 父进程拷贝前半部分，子进程拷贝后半部分。
- 使用diff查看两个文件是否相同
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>
#include<stdio.h>
#define BUF_SIZE 4096 // 定义缓冲区大小为4KB
int main()
{// 定义文件路径const char *src = "xiaoxin.bmp"; // 源文件路径const char *dst = "copy_xiaoxin.bmp"; // 目标文件路径struct stat st; // 文件状态结构体int fd_src, fd_dst; // 文件描述符/************************** 获取源文件大小 **************************/fd_src = open(src, O_RDONLY); // 只读方式打开源文件if (fd_src < 0){perror("打开源文件失败");return -1;}fstat(fd_src, &st); // 获取文件状态信息off_t size = st.st_size; // 文件总大小off_t half = size / 2; // 计算半文件大小close(fd_src); // 先关闭源文件/************************** 创建目标文件 **************************/// 创建并清空目标文件（权限rw-rw-rw-）fd_dst = open(dst, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd_dst < 0){perror("创建目标文件失败");return -1;}ftruncate(fd_dst, size); // 预分配目标文件空间close(fd_dst); // 关闭目标文件/************************** 创建子进程 **************************/pid_t pid = fork(); // 创建子进程if (pid > 0){ // 父进程分支/******************** 父进程：拷贝前半部分 ********************/char buf[BUF_SIZE]; // 数据缓冲区 // 重新打开源文件if ((fd_src = open(src, O_RDONLY)) < 0){perror("父进程打开源文件失败");return -1;}// 以写方式打开目标文件if ((fd_dst = open(dst, O_WRONLY)) < 0){perror("父进程打开目标文件失败");close(fd_src);return -1;}// 定位到文件起始位置lseek(fd_src, 0, SEEK_SET);lseek(fd_dst, 0, SEEK_SET);// 分块拷贝前半部分printf("父进程开始拷贝前数据...\n");for (off_t copied = 0; copied < half;){ssize_t n = read(fd_src, buf, BUF_SIZE); // 读取数据块if (n <= 0) break;if (write(fd_dst, buf, n) != n){ // 写入数据块perror("父进程写入失败");close(fd_src);close(fd_dst);return -1;}copied += n;}close(fd_src);close(fd_dst);wait(NULL); // 等待子进程完成printf("================= 文件校验 =================\n");// 执行diff命令校验文件int ret = system("diff xiaoxin.bmp copy_xiaoxin.bmp");if (ret == 0) {printf("校验结果：文件完全一致！\n");} else {printf("警告：文件内容存在差异！\n");}}else if (pid == 0) { // 子进程分支/******************** 子进程：拷贝后半部分 ********************/char buf[BUF_SIZE];// 重新打开源文件if ((fd_src = open(src, O_RDONLY)) < 0){perror("子进程打开源文件失败");_exit(-1);}// 以写方式打开目标文件if ((fd_dst = open(dst, O_WRONLY)) < 0){perror("子进程打开目标文件失败");close(fd_src);_exit(-1);}// 定位到文件中间位置lseek(fd_src, half, SEEK_SET);lseek(fd_dst, half, SEEK_SET);// 分块拷贝后半部分printf("子进程开始拷贝后数据...\n");for (off_t copied = 0; copied < size - half;){ssize_t n = read(fd_src, buf, BUF_SIZE);if (n <= 0) break;if (write(fd_dst, buf, n) != n){ perror("子进程写入失败");close(fd_src);close(fd_dst);_exit(-1);}copied += n;}close(fd_src);close(fd_dst);_exit(0); // 子进程直接退出}return 0;
}
