嵌入式学习 ——（Linux高级编程——进程）

目录

一、进程的含义

二、进程和程序的区别

三、进程的作用

四、进程的状态

五、进程的调度与上下文切换

六、查询进程相关命令

七、fork()函数

八、getpid()和getppid()函数

九、面试题解析：

十、应用场合及测试

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一、进程的含义

进程指正在运行的程序，它是一个程序执行的过程，会分配内存资源和接受 CPU 的调度。系统通过 PCB 块（进程控制块，如 task_struct 结构体）来控制进程，其中包含 PID（进程标识符）、cwd（当前工作路径）、用户 ID、组 ID 等信息，还记录了进程打开的文件列表、信号相关设置以及进程资源的上限等。

二、进程和程序的区别

1. 程序是静态的，存储在硬盘中代码和数据的集合；进程是动态的，是程序执行的过程，包括进程的创建、调度、消亡。
◦ 例如，一个编译好的可执行文件就是程序，而运行这个可执行文件产生的活动就是进程。
2. 程序是永存的，进程是暂时的。
◦ 程序可以长期保存在存储介质中，而进程会随着任务的完成或异常终止而结束。
3. 进程有程序状态的变化，程序没有。
◦ 进程在运行过程中其状态会在就绪、执行、阻塞等之间切换，而程序不存在这种状态变化。
4. 进程可以并发，程序无并发。
◦ 多个进程可以在同一时间内同时执行不同的任务，而程序本身不具备并发执行的能力。
5. 进程与进程会存在竞争计算机的资源，一个程序可以运行多次，变成多个进程，一个进程也可以运行一个或多个程序。

三、进程的作用

进程的主要作用是实现多任务，提高系统效率。通过并发（同一时刻同时完成多个任务）和并行（真正同时执行多个任务）来充分利用系统资源，提高系统的处理能力。
例如，在一个多任务操作系统中，用户可以同时运行浏览器浏览网页、听音乐和处理文档，这就是进程并发的体现。

四、进程的状态

基本操作系统中，进程有 3 个状态：就绪态、执行态、阻塞态。
在 Linux 中，进程的状态有运行态、睡眠态、僵死状态（特有）、暂停状态。

五、进程的调度与上下文切换

内核的主要功能之一是完成进程调度，涉及硬件、BIOS、IO、文件系统、驱动等。调度算法包括 RR（轮转调度）、FIFO（先进先出调度）等。
进程调度在宏观上看起来是并行的，但在微观上是串行的。

六、查询进程相关命令

1. ps aux：不会动态刷新，可查看进程的相关信息，包括进程状态（如就绪态、运行态用 R 表示，可唤醒等待态用 S 表示，不可唤醒等待态用 D 表示，停止态用 T 表示，僵尸态用 Z 表示等）。
2. top：类似任务管理器，可以动态刷新，能根据 CPU 占用率查看进程相关信息。
3. kill和killall：用于发送信号来控制进程。
◦ 例如，kill -2 PID发送特定信号给指定 PID 的进程，killall -9 进程名发送信号给指定进程名对应的所有进程。

七、fork()函数

1.fork()是一个系统调用函数，一次调用会在父进程和子进程中分别返回。子进程和父进程的执行顺序不确定，且变量不共享。子进程复制父进程的 0 到 3G 空间和父进程内核中的 PCB，但进程 ID 号不同。
2. 功能是从当前进程克隆一个新进程，新进程称为子进程，原有进程为父进程。子进程是父进程的完全拷贝，从 fork 函数之后开始执行，与父进程具有相同的代码逻辑。
3. 返回值为 int 类型：在父进程中成功返回子进程的 pid 号（大于 0），失败返回 -1；在子进程中成功返回值是 0，失败无返回

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>// 定义全局变量 a 并初始化为 20
int a = 20;int main(int argc, char *argv[])
{// 调用 fork 函数创建子进程，返回值存储在 ret 中pid_t ret = fork();if (ret > 0){//father（父进程执行的代码块）sleep(3);// 输出父进程中的变量 a 的值、父进程的 PID 和父进程的父进程 PID（即启动这个程序的终端进程 ID）printf("father is %d   pid %d,ppid:%d  \n", a, getpid(), getppid());}else if (0 == ret){//child（子进程执行的代码块）// 输出子进程中变量 a 的初始值printf("child a is %d\n", a);a += 10;// 输出子进程中变量 a 自增后的结果、子进程的 PID 和子进程的父进程 PID（即主进程的 PID）printf("child a is %d pid:%d ppid:%d\n", a, getpid(), getppid());}else{perror("fork error\n");return 1;}// 输出当前进程中的变量 a 的值和当前进程的 PIDprintf("a is %d pid:%d\n", a, getpid());return 0;
}

八、getpid()和getppid()函数

1. getpid()函数用于获得当前进程的 ID 号码，无参数，返回值为进程的 pid。
2. getppid()函数用于获得当前进程的父进程 pid 号，无参数，返回值为父进程 id 号。目前没有直接获取子进程号的函数。

九、面试题解析：

1、一次fork生成几个进程？他们之间的关系是什么样的？

一次 fork 生成两个进程，即父进程和子进程，它们是父子关系。

2、如果两次fork同时前后执行，会生成几个进程？他们之间的关系如何表示，有多少个子进程，有没有孙进程？

两次 fork 同时前后执行会生成四个进程。第一次 fork 产生父子两个进程，这两个进程再分别进行第二次 fork，又各自产生一个子进程，所以一共四个进程。关系可以表示为：最初的进程是根节点，第一次 fork 产生的父子进程是父子关系，第二次 fork 产生的进程对于第一次 fork 产生的父进程来说是父子关系，对于第一次 fork 产生的子进程来说也是父子关系，所以存在孙进程。

十、应用场合及测试

1. 应用场合：
◦ 一个进程希望复制自己，使父子进程同时执行相同的代码段，在网络服务中比较多见。
◦ 一个进程需要执行一个不同的程序时，可以使用 fork + exec 组合。
2. 使用变量测试可以验证父子进程位于不同的地址空间，文件的写入测试也可以进一步验证父子进程的独立性。
例如，在变量测试中，父进程和子进程分别修改同一个变量，不会相互影响，说明它们位于不同的地址空间。在文件写入测试中，父子进程同时向同一个文件写入内容，可以观察到写入的顺序和内容的独立性，进一步证明它们的独立性。