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【Linux】进程概念（二）：PCB，ps 和 fork

ai 2025/7/27 23:33:49

📝前言：
上篇文章我们简单介绍了冯诺依曼体系结构和操作系统，这篇文章我们来讲讲进程的基本概念和基本操作

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一，什么是进程

在Linux操作系统中，进程（Process） 是程序执行时的基本单位，也是系统资源分配和调度的核心对象。

程序 vs 进程
- 程序：存储在磁盘上的静态可执行文件（如二进制文件或脚本）。
- 进程：程序被加载到内存并开始执行后的动态实例。一个程序可以对应多个进程（例如同时运行多个vim编辑器）。

进程由：程序代码，数据，进程控制块（PCB）组成。
进程 = PCB + 自己的代码和数据

很抽象，我们可以从进程的作用来理解：

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。操作系统会为每个进程分配独立的内存空间、CPU 时间片、文件描述符等资源，以确保各个进程能够独立、并发地运行，从而提高系统的资源利用率和处理能力。多个进程可以同时运行在计算机系统中，它们之间可以通过进程间通信（IPC）机制进行数据交换和协同工作，以完成更复杂的任务。

二，PCB

PCB（程序控制块）是操作系统用于管理进程的核心数据结构，包含了进程的各种信息，如进程 ID、进程状态、优先级、资源分配情况等（是进程属性的集合）。
Linux操作系统下的PCB是: 一个名为task_struct的结构体，它会被装载到RAM(内存)里。

task_struct

task_struct中主要包括：

标示符：描述本进程的唯⼀标示符，用来区别其他进程。
状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
优先级: 相对于其他进程的优先级。
程序计数器: 程序中即将被执⾏的下⼀条指令的地址。
内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
上下⽂数据: 进程执⾏时处理器的寄存器中的数据[休学例⼦，要加图CPU，寄存器]。
I/O状态信息: 包括显⽰的I/O请求,分配给进程的I∕O设备和被进程使⽤的⽂件列表。
记账信息: 可能包括处理器时间总和，使⽤的时钟数总和，时间限制，记账号等
其他信息…

进程的组织：所有运⾏在系统⾥的进程都以task_struct链表的形式存在内核⾥。

三，查看进程

ps

ps 命令默认显示的是当前机器（即你正在操作的这台计算机）的进程状态

常用选项：

-e：显示所有进程，而不仅仅是与当前终端关联的进程
-f：显示进程的详细信息

示例：
在这里插入图片描述

UID：启动进程的用户 ID
PID ：进程标识符
PPID：该进程的父进程的 PID
C：CPU 使用率
STIME：进程的启动时间
TTY：表示进程所关联的终端设备
TIME ：表示进程自启动以来累计使用 CPU 的时间
CMD ：显示的是启动该进程所执行的命令，bash 进程，CMD 列显示为 bash，这表明该进程是一个 Bash shell 实例

我们可以发现：

ps -f也是一个进程，也就是说：我们历史上执行的所有指令，工具，程序，运行起来，全部都是进程
我们在bash进程（也就是我们这个命令行）所创建的进程的父进程都有bash，os会给每一个登陆用户分配一个bash

当我们在机器上运行一个.c文件（可用while(1)的方式保持一直执行），然后就可以查看到对应的进程：
在这里插入图片描述
可以看到，grep也是一个进程，印证了我们上面的发现1

-axj选项组合

如：
在这里插入图片描述

head -1可以输出表头
STAT代表进程状态
&&和;可以分隔多条命令

/proc

进程的信息也可以通过 /proc 系统⽂件夹查看。
在 /proc 文件夹下，每个进程都有一个以其进程 ID（PID）命名的子目录。
如，查看PID为60592的进程的相关信息目录ls ./proc/60592：
在这里插入图片描述

cwd：指向进程启动时的当前工作目录（相对路径的起点），创建文件等操作，如果不带路径，就会在cwd这个路径下创建。cd 操作本质上就是调用了 chdir 函数来改变当前cwd
exe：可执行文件，当exe被删掉的时候还会有进程是因为：exe已经加载到内存中了，删掉的是磁盘上储存的exe

系统调用进程标识符

系统调用获取进程标识符：getpid()，getppid()（都是库函数对系统调用的封装）
在这里插入图片描述
运行结果：

重新启动进程，会重新想内存加载，pid是会改变的。

杀掉进程

Ctrl + c：比如程序在执行while(1)的时候一直刷屏，执行Ctrl + c就是杀掉进程
kill -9 + 进程对应的PID：杀掉PID对应的进程，这里的9代表信号

四，创建进程

fork初识

在这里插入图片描述

fork是复制进程的函数，程序一开始就会产生一个进程，当这个进程(代码)执行到fork()时，fork就会复制一份原来的进程（即就是创建一个新进程，我们称子进程，而原来的进程我们称为父进程），此时父子进程是共存的，他们一起向下执行代码。
即：调用fork函数之后，是两个进程同时执行fork函数之后的代码（拥有各自独立的执行流），而之前的代码已经由父进程执行完毕。

fork的返回值：
成功：子进程中返回： 0 ，父进程中返回：子进程 PID。
错误：返回一个-1

子进程和父进程的关系

子进程和父进程的关系是什么呢？

因为父进程和子进程的关系是：1 : n(一对多)，每个子进程只有一个父进程，但是父进程可以有多个子进程，所以父进程需要通过不同的pid区分不同的子进程
进程具有独立性，即使父进程挂了，子进程也不会挂
父进程和子进程的代码共享，数据也共享，只有当其中有一个进程要修改数据的时候，底层会进行数据拷贝，子一份，父一份，然后让要修改的目标进程进行修改（写时拷贝，各自私有一份）

使用示例

1 简单示例

代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{int ret = fork();printf("hello proc : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);sleep(1);return 0;
}