目录

1.什么是进程？

2.操作系统是如何管理进程的？

3.进程标识符（PID)

3.1查看进程标识符      

3.2getpid() 和getppid()

4.进程当前状态

4.1进程状态粗分

4.2Linux下进程状态

4.2.1linux下进程状态概念   

4.2.2僵尸状态模拟 

5.程序计数器

6.上下文信息

7.内存指针

8.记账信息

9.IO信息

10.总结

1.什么是进程？

        进程是程序的一次动态执行过程。我们写的源码是一个文件，和文本文件一样都是存储在磁盘上的。未编译之前，它就是文本串。在编译运行后，他就变成一个可执行程序。这个程序跑起来之后就变成了进程。

2.操作系统是如何管理进程的？

        操作系统使用进程控制块（PCB)记录进程信息，然后由双向链表将一个个进程控制块组织起来。每个进程都有属于自己的PCB，而PCB实际上就是一个结构体，其中包含许多成员变量，这些成员变量记录着进程的各种信息。

 以上为Linux中PCB具体组织方式。

    上图为struct task_struct 结构体中的具体成员变量，下文将详细解释每个部分的含义。

3.进程标识符（PID)

3.1查看进程标识符      

        每个进程都有唯一的进程标识符，它能唯一的标识一台计算机的所有进程。进程标识符用PID标识，进程的父进程标识符用PPID表示。

        在一台计算机中，进程标识符不是固定的，但它是唯一的。在Linux下，我们可以使用ps aux命令查看进程信息，当然也包括进程号。也可以使用ps -ef查看父进程标识符。

3.2getpid() 和getppid()

在进程中我们也可以通过函数返回进程号和父进程号，比如我们需要通过进程号操作进程时，我们就可以通过getpid()和getppid()函数。

getpid()和getppid()函数返回值类型是pid_t,功能是谁调用返回谁的PID和PPID，这两个函数是系统调用，但是在使用是需要加头文件unistd.h。

#include    #include int main(){      printf("pid is %d\n",getpid());      printf("ppid is %d\n",getppid());    }   

4.进程当前状态

4.1进程状态粗分

进程状态粗分一般为就绪状态，运行状态，阻塞状态

         在一个cpu的情况下，一般处理任务方式为并发，即同时处理多个任务。比如有A，B，C三个任务需要占用cpu，那cpu会先执行一段时间A，然后切出去执行B，然后切出去执行C，再切到执行A，这个“一段时间”非常小，所以我们是没有感知的。这就是时间片轮转算法，当然具体算法还有很多，但是并发这个处理方式是不会变的。

        所以cpu在同一时刻也只能执行一个任务，比如在执行A，那么B,C就在就绪或者阻塞状态。假如B时间所需资源已经到位，就差cpu了，B就进入就绪状态，直到cpu执行A的时间片结束，B才进入。C此刻需要一些资源，但是资源没到位，他就进入阻塞状态等待资源，直到资源到来才进入就绪状态。

4.2Linux下进程状态细分

    4.2.1linux下进程状态概念    

        Linux将进程状态细化了，我们可以通过上边提到的ps aux查看进程状态，我们发现它细分为R,S,D,T,t,X,Z几种状态。

（1）R:运行状态

                处于R状态的程序要不就是在执行代码，要不就是在就绪队列

（2）S：可中断睡眠状态

                进程正在睡眠，等待资源到来或是唤醒，也可以通过其他进程信号或者时钟中断唤醒

（3）D:不可中断睡眠状态

                通常等待一个IO结束

（4）T:暂停状态

                进程暂停，Linux使用ctrl+z

  (5) X:死亡状态

                在PCB被系统内核释放时，状态会被质为X，用户看不到这个状态

（6）Z:僵尸状态

                子进程先于父进程退出，父进程未回收子进程信息，就进入僵尸状态

4.2.2僵尸状态模拟 

#include    #include int main(){      pid_t pid=fork();      if(pid>0){ while(1){   sleep(1);   printf("I am parent\n"); }    }      else if(pid==0){     printf("I am child!");      }else{ return -1;      }    

         fork()函数功能是创建一个子进程，我们创建了一个子进程，让子进程退出，让父进程循环且不回收子进程信息，子进程进程状态变成了Z,意味着它进入了僵尸状态。僵尸状态危害非常大，所以kill -9也无法杀死，所以我们写代码要谨慎僵尸状态，如何解决僵尸状态我之后会详细讲解。

5.程序计数器

程序计数器的作用是保存下一条指令的执行信息。

        从上边的进程状态粗分模块，我们可以知道cpu并发执行时需要轮转切换进程，比如A进程执行了三分之一被切出cpu了，那么下一次A进入cpu后，cpu就得知道上一次A执行到哪行代码被切出了。所以在每次切出时，每个进程的程序计数器记录代码的执行位置，以便于下次提供给cpu，让cpu知道从哪开始执行。

每个进程都有自己的PCB，每个PCB都会有自己的程序计数器。

6.上下文信息

上下文信息功能是保存寄存器中的内容。

        因为cpu和内存执行速度相差很多，所以cpu并不是直接从内存中拿资源，而是借助了中间商，即寄存器，cpu从寄存器拿东西速度是比较快的，所以在进程切换时也需要保存寄存器当中的内容，方便下次执行。

寄存器是一种硬件设备，不是进程独有的，在寄存器之上还有缓存，然后才是内存。形成这个局势原因是硬件读取速度不一致。

7.内存指针

          在早期的计算机中，操作系统想从内存中读取资源是直接读取，这样子有可能会造成内存错误。现代的计算机中使用了进程虚拟空间这个概念，即操作系统将给每个进程制造一个虚拟的内存空间，在32位系统中是4G，这只是让进程以为有这么多，实际是虚拟的。进程需要内存就朝这个虚拟内存要，虚拟内存空间在通过算法合理分配实际内存地址给进程。所以我们代码打印出的变量地址其实都是这个虚拟内存空间，实际内存地址是需要根据这个虚拟地址转化的。

       虚拟地址空间进行地址转换时，借助页表进行地址转换。具体算法大家可以查看其他博主的文章。使用虚拟地址空间解决了地址空间隔离，运行效率低，运行地址不确定等问题。

8.记账信息

        记录使用cpu的时长，占用内存大小。这些信息我使用ps aux可以查看，此处的TIAME就是记账信息保存的。

9.IO信息

        进程控制块中成员变量之一存储的是进程打开文件的信息，这个存储结构也是个结构体数组，下图为结构体内部图。

        我的另一篇博客操作系统角度看文件操作，里边对IO有具体展开，大家需要的话，可以了解一下喔。

10.总结

        进程在操作系统中描述是用双向链表和PCB来完成的，每个进程都有自己的PCB，每个PCB结构体有七个成员变量，分别为进程标识符、进程状态、程序计数器、上下文信息、内存指针、记账信息、IO信息等，这些部分共同描组成了进程信息。