进程相关知识点

1. 进程的含义

进程是一个正在执行的程序实例，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。

关键点：

  • PCB（Process Control Block）：进程控制块，Linux中实现为task_struct结构体

  • 包含信息：

    • PID（进程标识符）

    • 当前工作路径（可通过chdir改变）

    • umask（文件创建掩码，默认0002）

    • 进程打开的文件列表

    • 信号处理设置

    • 用户ID、组ID

    • 进程资源上限（ulimit -a查看）

2. 进程与程序的区别

程序 进程
静态的代码和数据集合 动态的执行过程
存储在硬盘中 存在于内存中
永久存在 暂时存在
无状态变化 有状态变化（创建、运行、终止）
无并发性 可以并发执行
- 竞争计算机资源

关系：

  • 一个程序可运行多次→多个进程

  • 一个进程可运行一个或多个程序

3. 进程的内存分布

0-3GB：用户空间（进程私有）
3-4GB：内核空间（所有进程共享）

  • 使用虚拟地址空间，通过MMU映射到物理内存

  • 1页 = 4KB

4. 进程状态

基本三态：

  1. 就绪态 → 运行态 → 阻塞态

Linux扩展状态：

  • R：运行态（运行或就绪）

  • S：可中断睡眠态（等待事件）

  • D：不可中断睡眠态（等待I/O）

  • T：停止态（暂停）

  • Z：僵尸态（进程终止但资源未回收）

  • X：结束态

5. 进程调度与上下文切换

  • 内核核心功能：进程调度

  • 调度算法：RR（时间片轮转）、FIFO等

  • 宏观并行：多个进程"同时"运行

  • 微观串行：单个CPU同一时间只执行一个进程

  • 上下文切换：保存当前进程状态，恢复另一进程状态

6. 进程相关命令

# 1. 查看进程信息
ps aux
ps -ef

# 2. 动态查看进程
top
htop

# 3. 终止进程
kill -信号 PID
killall -信号 进程名

# 常用信号
kill -2 PID   # SIGINT（中断，同Ctrl+C）
kill -15 PID  # SIGTERM（终止，默认）
kill -9 PID   # SIGKILL（强制终止）

7. 进程创建（fork）

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

特点：

  • 一次调用，两次返回

  • 父进程返回子进程PID（>0）

  • 子进程返回0

  • 失败返回-1

子进程继承：

  • 父进程的0-3G用户空间副本

  • 父进程的PCB副本（PID不同）

  • 文件描述符表

  • 从fork()后开始执行

示例：

// 一次fork生成2个进程（父子关系）
fork();

// 两次fork生成4个进程
fork();  // 生成父子2个进程
fork();  // 每个进程再fork，共4个
// 关系：父子、兄弟关系

8. 获取进程信息

pid_t getpid(void);   // 获取当前进程PID
pid_t getppid(void);  // 获取父进程PID

9. 进程终止方式

正常终止：

  1. main()中return

  2. exit()：C库函数，刷新缓冲区，执行清理函数

  3. _exit()/_Exit()：系统调用，不刷新缓冲区

  4. 最后一个线程从main返回

  5. 最后一个线程调用pthread_exit()

异常终止：

  1.  abort()：产生SIGABRT信号

  2. 收到终止信号（如kill）

  3.  最后一个线程被取消

10. exit函数与状态回收

#include <stdlib.h>
void exit(int status);  // 库函数
void _exit(int status); // 系统调用

// 注册退出处理函数
int atexit(void (*function)(void));

11. 僵尸进程与孤儿进程

  • 僵尸进程：子进程终止，父进程未回收（wait）

  • 孤儿进程：父进程终止，子进程被init进程收养

12. 进程资源回收

#include <sys/wait.h>

// 阻塞等待任意子进程
pid_t wait(int *status);

// 更灵活的等待
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

status处理宏：

WIFEXITED(status)    // 是否正常退出
WEXITSTATUS(status)  // 获取退出状态
WIFSIGNALED(status)  // 是否因信号终止
WTERMSIG(status)     // 获取终止信号

waitpid参数：

  • pid = -1：等待任意子进程（同wait）

  • pid > 0：等待指定PID子进程

  • pid = 0：等待同进程组的子进程

  • pid < -1：等待指定进程组的子进程

  • options = 0：阻塞

  • options = WNOHANG：非阻塞

13. exec函数族

功能：用新程序替换当前进程映像

六种变体：

int execl(const char *path, const char *arg, ..., NULL);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
int execlp(const char *file, const char *arg, ..., NULL);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

区别：

  • 带l：参数列表形式（list）

  • 带v：参数数组形式（vector）

  • 带p：使用PATH环境变量查找可执行文件

  • 带e：可传递环境变量数组

示例：

// 方式1：参数列表
execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);

// 方式2：参数数组
char *args[] = {"ls", "-l", NULL};
execv("/bin/ls", args);

// 方式3：使用PATH查找
execlp("ls", "ls", "-l", NULL);

14. system函数

#include <stdlib.h>
int system(const char *command);

内部实现：fork() + exec() + wait()

15. 编程练习示例

练习1：父子进程同时写文件

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid > 0) {  // 父进程
        FILE *fp = fopen("1.txt", "a");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            time_t now = time(NULL);
            fprintf(fp, "父进程 PID=%d 时间:%s", getpid(), ctime(&now));
            fflush(fp);
            sleep(1);
        }
        fclose(fp);
        wait(NULL);  // 等待子进程
    }
    else if (pid == 0) {  // 子进程
        FILE *fp = fopen("1.txt", "a");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            time_t now = time(NULL);
            fprintf(fp, "子进程 PID=%d 时间:%s", getpid(), ctime(&now));
            fflush(fp);
            sleep(1);
        }
        fclose(fp);
    }
    
    return 0;
}

练习2：waitpid指定回收进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    pid_t pids[3];
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        pids[i] = fork();
        if (pids[i] == 0) {
            sleep(rand() % 3);  // 子进程睡眠随机时间
            printf("子进程 %d 退出\n", getpid());
            exit(i);  // 退出状态为i
        }
    }
    
    // 父进程：指定回收第二个子进程
    int status;
    pid_t ret = waitpid(pids[1], &status, 0);
    if (ret > 0 && WIFEXITED(status)) {
        printf("回收进程 %d，退出状态: %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
    }
    
    // 非阻塞回收其他进程
    while (1) {
        pid_t ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);
        if (ret > 0) {
            printf("非阻塞回收进程 %d\n", ret);
        }
        else if (ret == 0) {
            // 还有子进程运行
            sleep(1);
        }
        else {
            // 所有子进程已回收
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}

作业：父子进程文件通信

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid > 0) {  // 父进程：写数据
        FILE *fp = fopen("data.txt", "w");
        char buf[256];
        
        while (1) {
            printf("输入内容(quit退出): ");
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            buf[strlen(buf)-1] = '\0';  // 去掉换行符
            
            fprintf(fp, "%s\n", buf);
            fflush(fp);
            
            if (strcmp(buf, "quit") == 0) break;
        }
        
        fclose(fp);
        wait(NULL);  // 等待子进程
    }
    else if (pid == 0) {  // 子进程：读数据
        sleep(1);  // 等待父进程先写
        
        FILE *fp = fopen("data.txt", "r");
        char buf[256];
        
        while (1) {
            if (fgets(buf, sizeof(buf), fp) != NULL) {
                buf[strlen(buf)-1] = '\0';
                printf("子进程读取: %s\n", buf);
                
                if (strcmp(buf, "quit") == 0) break;
            }
            usleep(100000);  // 100ms
        }
        
        fclose(fp);
    }
    
    return 0;
}

16.重要概念总结

  1. 并发vs并行：

    • 并发：多个进程交替执行（单核）

    • 并行：多个进程同时执行（多核）

  2. 进程分类：

    • 交互式进程（shell、编辑器）

    • 批处理进程（shell脚本）

    • 守护进程（后台服务）

  3. 原语操作：

    • fork、exec、wait等是不可分割的原子操作

  4. 进程关系：

    • 父子进程、兄弟进程

    • 进程组、会话

  5. 资源管理：

    • 避免僵尸进程（及时wait）

    • 避免孤儿进程（合理设计进程关系）

    • 文件描述符继承与关闭

# linux # 学习 # 算法 # 运维
Logo
2048 AI社区

有“AI”的1024 = 2048，欢迎大家加入2048 AI社区

更多推荐

cover

【小白无痛】CLIP 多模态模型基石：从原理图解到 PyTorch 代码逐行复现

avatar 2048 AI社区

LangChain聊天模型---工具调用

LangChain 支持 3 种@tool这 3 种方式的核心目标都是生成 LangChain 标准的工具对象方式 1：简单直接，依赖 docstring；方式 2：灵活强大，依赖 Pydantic BaseModel；方式 3：简洁紧凑，依赖 Annotated 类型提示。

avatar 2048 AI社区

【大数据 & AI】Flink Agents 源码解读 --- (6) --- ActionTask

PythonActionTask 对应一个 Python 函数（更准确地说是一个 PythonFunction 对象），这个函数是在创建 Action 时定义的，存储在 action.getExec() 中。但PythonActionTask 不仅仅是简单的函数封装，而是使其能够在 Flink Agents 框架中正确执行，并支持框架所需的高级特性。复杂逻辑：PythonActionTask 不仅

avatar 2048 AI社区