• 進(jìn)程的概念
• 進(jìn)程狀態(tài)
• 僵尸進(jìn)程、孤兒進(jìn)程、守護(hù)進(jìn)程

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進(jìn)程的概念

程序：一系列有序的指令集合（就是我們寫的代碼）
進(jìn)程：進(jìn)程就是程序的一次執(zhí)行，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨立單位。

程序是一個沒有生命的實體，只有操作系統(tǒng)執(zhí)行它時，它才能成為一個活動的實體，也就是進(jìn)程。同時，操作系統(tǒng)通過進(jìn)程控制塊(PCB)，來對程序進(jìn)行調(diào)度使用

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操作系統(tǒng)如何控制和調(diào)度程序

按照馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，所有的數(shù)據(jù)想要被CPU進(jìn)行處理，第一步就是要將代碼和數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中。

由于早期CPU的性能不足，無法同時調(diào)度所有文件，所以CPU使用了一種解決方法，也就是CPU分時機(jī)制。

CPU分時機(jī)制：通過極快的速度切換和調(diào)度運(yùn)行所有的程序，造成了同時運(yùn)行的假象。

但是，這里還存在著幾個問題，CPU是如何在內(nèi)存中找到每個程序的？CPU在來回調(diào)度時，如何能夠從上一次運(yùn)行的位置繼續(xù)運(yùn)行？如何能夠保證繼續(xù)處理上一條沒有處理完的數(shù)據(jù)？

所以操作系統(tǒng)為了能夠完成這些操作，設(shè)置了一個用于描述進(jìn)程信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是我們通常所說的PCB。

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進(jìn)程控制塊–PCB

操作系統(tǒng)為了能夠使每個程序能夠獨立運(yùn)行，在操作系統(tǒng)中為其配置了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是我們通常所說的PCB（Process Control Block），這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在Linux下是：task_struct

task_struct中的內(nèi)容

標(biāo)示符: 描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)示符，用來區(qū)別其他進(jìn)程。
狀態(tài): 任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等。
優(yōu)先級: 相對于其他進(jìn)程的優(yōu)先級。
程序計數(shù)器: 程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址。
內(nèi)存指針: 包括程序代碼和進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針
上下文數(shù)據(jù): 進(jìn)程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)。
I／O狀態(tài)信息:包括顯示的I/O請求,分配給進(jìn)程的I／O設(shè)備和被進(jìn)程使用的文件列表。
記賬信息: 可能包括處理器時間總和，使用的時鐘數(shù)總和，時間限制，記賬號等。 其他信息

PCB是操作系統(tǒng)對一個運(yùn)行中的程序(也就是進(jìn)程)的描述，操作系統(tǒng)通過這個描述來實現(xiàn)對程序的運(yùn)行調(diào)度

操作系統(tǒng)正是通過一個一個的PCB來對運(yùn)行中的程序進(jìn)行調(diào)度使用。

回到前面提出的問題，CPU通過PCB中的內(nèi)存指針來找到程序在內(nèi)存中的地址，通過上下文數(shù)據(jù)來記錄運(yùn)行中程序的各種信息，通過程序計數(shù)器來找到這個程序即將執(zhí)行的下一條指令的地址。

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子進(jìn)程

當(dāng)我們在一個已經(jīng)創(chuàng)建的進(jìn)程內(nèi)通過fork創(chuàng)建一個新的進(jìn)程時，這個新的進(jìn)程就是原先進(jìn)程的子進(jìn)程。

在子進(jìn)程創(chuàng)建的時候，它從父進(jìn)程的PCB中復(fù)制了很多數(shù)據(jù)，如內(nèi)存指針、上下文數(shù)據(jù)、程序計數(shù)器等，所以它的代碼、數(shù)據(jù)以及運(yùn)行的位置，都與父進(jìn)程一模一樣。

由于代碼段是只讀的，所以兩者的代碼都一樣，不可修改，而兩者雖然虛擬地址相同，但物理地址不同，所以兩者的數(shù)據(jù)都各自獨立。

總結(jié)一下就是：父子進(jìn)程代碼共享，數(shù)據(jù)各自開辟空間。(利用寫時拷貝技術(shù))

在Linux中，我們可以通過fork函數(shù)來創(chuàng)建子進(jìn)程
pid_t fork(void)

我們創(chuàng)建子進(jìn)程，是希望它和父進(jìn)程執(zhí)行不一樣的操作，那么我們該怎么實現(xiàn)呢？
最簡單的方法就是通過fork的返回值來進(jìn)行代碼分流，父進(jìn)程的返回值是子進(jìn)程的pid，而子進(jìn)程的返回值是0，通過對返回值的判斷，即可完成代碼的分流。

但是這種方法的代碼十分冗余，還有一種更加優(yōu)秀的方法------程序替換（后幾篇會寫）

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僵尸進(jìn)程、孤兒進(jìn)程、守護(hù)進(jìn)程

在我們學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的時候，里面提到進(jìn)程有三種基本狀態(tài)，就緒、阻塞、終止。

但是在linux中，將狀態(tài)細(xì)分到了六種。

• R運(yùn)行狀態(tài)（running）: 并不意味著進(jìn)程一定在運(yùn)行中，它表明進(jìn)程要么是在運(yùn)行中要么在運(yùn)行隊列里。
• S睡眠狀態(tài)（sleeping): 意味著進(jìn)程在等待事件完成（這里的睡眠有時候也叫做可中斷睡眠（interruptible sleep））。
• D磁盤休眠狀態(tài)（Disk sleep）：有時候也叫不可中斷睡眠狀（uninterruptible sleep），在這個狀態(tài)的進(jìn)程通常會等待IO的結(jié)束。
• T停止?fàn)顟B(tài)（stopped）： 可以通過發(fā)送 SIGSTOP 信號給進(jìn)程來停（T）進(jìn)程。這個被暫停的進(jìn)程可以通過發(fā)送 SIGCONT 信號讓進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。
• X死亡狀態(tài)（dead）：這個狀態(tài)只是一個返回狀態(tài)，你不會在任務(wù)列表里看到這個狀態(tài)
• Z僵死狀態(tài)（Zombies） :進(jìn)程已經(jīng)退出了但是資源還沒有完全被釋放的一種狀態(tài)。

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進(jìn)程的概念

僵尸進(jìn)程

這里的有一種特殊的狀態(tài)值得一提，就是僵死狀態(tài)

當(dāng)子進(jìn)程退出的時候，如果父進(jìn)程沒有讀取到子進(jìn)程的返回值，這時就進(jìn)入了僵死狀態(tài)。

這時就處于一個很尷尬的局面，子進(jìn)程實際上已經(jīng)退出了，但是父進(jìn)程認(rèn)為它還在執(zhí)行，所以并沒有釋放它的資源，所以子進(jìn)程會一直卡在進(jìn)程表中，等待父進(jìn)程讀取退出狀態(tài)代碼。

下面是在Linux下的實驗

此時兩者都處于休眠狀態(tài)
13284是父進(jìn)程， 13285是子進(jìn)程。
這時如果我們使用kill將子進(jìn)程殺死

這時，子進(jìn)程就變?yōu)榱私┦M(jìn)程。

因為它被強(qiáng)制結(jié)束，沒有給父進(jìn)程返回退出的狀態(tài)值，所以資源一直無法釋放，我們也無法再將其殺死

即使是kill -9對其也沒有作用

這時只有兩種解決方法

1. 進(jìn)程等待
2. 退出父進(jìn)程

進(jìn)程等待較為復(fù)雜，后面幾篇會講。
所以我們試試退出父進(jìn)程

父進(jìn)程退出，子進(jìn)程保存退出的狀態(tài)就沒有任何意義了，因此就被釋放了

這時，僵尸進(jìn)程就解決了，但是這并不是一個合理的方式，我們不能通過這種方法來解決問題，所以應(yīng)該避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

從上面可以看出，僵尸進(jìn)程是非常危險的，因為我們無法通過正常途徑將其解決，同時它會一直占用著我們的資源，同時PCB還需要對它的狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)。并且一個用戶所能創(chuàng)建的進(jìn)程數(shù)量是有限的，如果一個父進(jìn)程創(chuàng)建了大量的子進(jìn)程而不進(jìn)行回收，當(dāng)達(dá)到上限時，我們就無法創(chuàng)建新的程序。

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孤兒進(jìn)程

如果父進(jìn)程先于子進(jìn)程退出，那么沒有父進(jìn)程的子進(jìn)程會怎么樣呢？
會沒有沒有人回收，就像僵尸進(jìn)程一樣一直占用資源？

實驗一下

殺死父進(jìn)程14760

我們會發(fā)現(xiàn)，失去了父進(jìn)程后的子進(jìn)程并不是沒有父進(jìn)程，而是會被1號進(jìn)程init統(tǒng)一收養(yǎng)，然后由Init進(jìn)程回收

• 父進(jìn)程先退出，子進(jìn)程就稱之為“孤兒進(jìn)程”
• 孤兒進(jìn)程統(tǒng)一被1號init進(jìn)程收養(yǎng)，由init進(jìn)程進(jìn)行回收

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守護(hù)進(jìn)程（精靈進(jìn)程）

守護(hù)進(jìn)程：一種特殊的孤兒進(jìn)程，父進(jìn)程是一號進(jìn)程，運(yùn)行在后臺，與終端和登陸會話脫離關(guān)系，不受影響。

守護(hù)進(jìn)程通常是一種運(yùn)行在系統(tǒng)后臺的批處理程序，默默的做一些循環(huán)往復(fù)的事情

這些TPGID為-1的都是守護(hù)進(jìn)程

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 进程(一) 进程概念和进程状态（僵尸进程、孤儿进程、守护进程）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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