進(jìn)程控制開發(fā)之：Linux進(jìn)程概述

7.1Linux進(jìn)程概述

7.1.1進(jìn)程的基本概念

1．進(jìn)程的定義

進(jìn)程的概念首先是在20世紀(jì)60年代初期由MIT的Multics系統(tǒng)和IBM的TSS/360系統(tǒng)引入的。在40多年的發(fā)展中，人們對(duì)進(jìn)程有過各種各樣的定義。現(xiàn)列舉較為著名的幾種。

（1）進(jìn)程是一個(gè)獨(dú)立的可調(diào)度的活動(dòng)（E.Cohen，D.Jofferson）。

（2）進(jìn)程是一個(gè)抽象實(shí)體，當(dāng)它執(zhí)行某個(gè)任務(wù)時(shí)，要分配和釋放各種資源（P.Denning）。

（3）進(jìn)程是可以并行執(zhí)行的計(jì)算單位。（S.E.Madnick，J.T.Donovan）。

以上進(jìn)程的概念都不相同，但其本質(zhì)是一樣的。它指出了進(jìn)程是一個(gè)程序的一次執(zhí)行的過程，同時(shí)也是資源分配的最小單元。它和程序是有本質(zhì)區(qū)別的，程序是靜態(tài)的，它是一些保存在磁盤上的指令的有序集合，沒有任何執(zhí)行的概念；而進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，它是程序執(zhí)行的過程，包括了動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、調(diào)度和消亡的整個(gè)過程。它是程序執(zhí)行和資源管理的最小單位。因此，對(duì)系統(tǒng)而言，當(dāng)用戶在系統(tǒng)中鍵入命令執(zhí)行一個(gè)程序的時(shí)候，它將啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程。

2．進(jìn)程控制塊

進(jìn)程是Linux系統(tǒng)的基本調(diào)度和管理資源的單位，那么從系統(tǒng)的角度看如何描述并表示它的變化呢？在這里，是通過進(jìn)程控制塊來描述的。進(jìn)程控制塊包含了進(jìn)程的描述信息、控制信息以及資源信息，它是進(jìn)程的一個(gè)靜態(tài)描述。在Linux中，進(jìn)程控制塊中的每一項(xiàng)都是一個(gè)task_struct結(jié)構(gòu)，它是在include/linux/sched.h中定義的。

3．進(jìn)程的標(biāo)識(shí)

在Linux中最主要的進(jìn)程標(biāo)識(shí)有進(jìn)程號(hào)（PID，ProcessIdenityNumber）和它的父進(jìn)程號(hào)（PPID，parentprocessID）。其中PID惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程。PID和PPID都是非零的正整數(shù)。

在Linux中獲得當(dāng)前進(jìn)程的PID和PPID的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)為getpid()和getppid()，通常程序獲得當(dāng)前進(jìn)程的PID和PPID之后，可以將其寫入日志文件以做備份。getpid()和getppid()系統(tǒng)調(diào)用過程如下所示：

/*pid.c*/

#includestdio.h>

#includeunistd.h>

#includestdlib.h>

intmain()

{

/*獲得當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程ID和其父進(jìn)程ID*/

printf(ThePIDofthisprocessis%dn,getpid());

printf(ThePPIDofthisprocessis%dn,getppid());

}

使用arm-linux-gcc進(jìn)行交叉編譯，再將其下載到目標(biāo)板上運(yùn)行該程序，可以得到如下結(jié)果，該值在不同的系統(tǒng)上會(huì)有所不同：

$./pid

ThePIDofthisprocessis78

THePPIDofthisprocessis36

另外，進(jìn)程標(biāo)識(shí)還有用戶和用戶組標(biāo)識(shí)、進(jìn)程時(shí)間、資源利用情況等，這里就不做一一介紹，感興趣的讀者可以參見W.RichardStevens編著的《AdvancedProgrammingintheUNIXEnvironmen》。

4．進(jìn)程運(yùn)行的狀態(tài)

進(jìn)程是程序的執(zhí)行過程，根據(jù)它的生命周期可以劃分成3種狀態(tài)。

n 執(zhí)行態(tài)：該進(jìn)程正在運(yùn)行，即進(jìn)程正在占用CPU。

n 就緒態(tài)：進(jìn)程已經(jīng)具備執(zhí)行的一切條件，正在等待分配CPU的處理時(shí)間片。

n 等待態(tài)：進(jìn)程不能使用CPU，若等待事件發(fā)生（等待的資源分配到）則可將其喚醒。

它們之間轉(zhuǎn)換的關(guān)系如圖7.1所示。

圖7.1進(jìn)程3種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系

7.1.2Linux下的進(jìn)程結(jié)構(gòu)

Linux系統(tǒng)是一個(gè)多進(jìn)程的系統(tǒng)，它的進(jìn)程之間具有并行性、互不干擾等特點(diǎn)。也就是說，每個(gè)進(jìn)程都是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行單位，擁有各自的權(quán)利和責(zé)任。其中，各個(gè)進(jìn)程都運(yùn)行在獨(dú)立的虛擬地址空間，因此，即使一個(gè)進(jìn)程發(fā)生異常，它也不會(huì)影響到系統(tǒng)中的其他進(jìn)程。

Linux中的進(jìn)程包含3個(gè)段，分別為“數(shù)據(jù)段”、“代碼段”和“堆棧段”。

n “數(shù)據(jù)段”存放的是全局變量、常數(shù)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分配的數(shù)據(jù)空間，根據(jù)存放的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)段又可以分成普通數(shù)據(jù)段（包括可讀可寫/只讀數(shù)據(jù)段，存放靜態(tài)初始化的全局變量或常量）、BSS數(shù)據(jù)段（存放未初始化的全局變量）以及堆（存放動(dòng)態(tài)分配的數(shù)據(jù)）。

n “代碼段”存放的是程序代碼的數(shù)據(jù)。

n “堆棧段”存放的是子程序的返回地址、子程序的參數(shù)以及程序的局部變量等。如圖7.2所示。、

圖7.2Linux中進(jìn)程結(jié)構(gòu)示意圖