Linux操作系统从入门到实战（十七）进程与进程基本概念

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前言

• 上一篇博客里，我们讲解了冯诺依曼体系结构，操作系统与系统调用和库函数概念
• 这篇博客我们开始讲解进程与进程基本概念

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一、什么是进程？

• 我们打开电脑，可能同时在刷浏览器、聊微信、听音乐——这些正在运行的程序，其实就是“进程”。

简单说：进程就是“正在干活的程序”。

比如你双击“微信”图标，程序启动后开始接收消息、显示界面，这时候“微信”就从一个躺在硬盘里的“死程序”，变成了一个“活的进程”。

二、系统里的进程谁来管理？

我们想一下，电脑里可能同时跑着十几个甚至几十个进程：

浏览器开了5个标签页（可能对应5个进程）、后台还有杀毒软件、输入法、云同步工具……这么多“干活的程序”挤在一起，要是没人管，岂不是乱套了？

就像学校里有几百个学生，总得有老师管纪律、安排座位、分配资源（比如教室、操场），不然大家各干各的，肯定一团糟。

• 电脑里管这些进程的“老师”，就是操作系统（比如Windows、Linux）。
• 操作系统的核心工作之一，就是把这些进程管好：谁先运行、谁后运行、谁能用多少内存、谁能访问硬盘……

三、管理进程的信息：PCB

操作系统要管这么多进程，总得记点信息吧？

• 比如：这个进程叫啥？现在运行到哪一步了？用了多少内存？有没有在等什么资源（比如等你输入密码）？

这些信息总得有个地方存，这个“存信息的地方”，就叫PCB（进程控制块）。你可以把它理解成操作系统给每个进程发的“小本本”，上面记着所有管理这个进程需要的关键信息。

那进程本身呢？除了这个“小本本”，进程还有两部分核心内容：

• 代码：就是程序本身的逻辑（比如微信怎么接收消息、怎么显示界面的规则）；
• 数据：就是程序运行中产生的临时内容（比如你刚收到的消息文字、正在输入的内容）。

四、所以，进程到底是什么？

进程 = PCB + 代码和数据）

五、Linux里的PCB：struct task_struct

• 刚才说的PCB是个“概念”，在具体的操作系统里，它有具体的形式。
• 比如在Linux系统里，PCB是用一个叫struct task_struct的“结构体”（可以理解成一个固定格式的表格）来实现的。这个“表格”里记着进程ID、状态（运行中/等待中）、占用的内存地址等几十项信息，Linux就是靠它来管理所有进程的。

六、进程“排队”，其实是PCB在排队

• 有时候，多个进程要抢着用CPU（比如你一边听歌一边写文档，两个进程都想让CPU处理自己的任务），这时候操作系统就得让它们“排队”，按顺序来。

• 进程排队，不是代码和数据在排队，而是它们的PCB在排队。

举个例子：

HR招聘时，一堆求职者来面试，HR不会让所有人挤在门口排队，而是把大家的简历（相当于PCB）按顺序排好，按简历顺序叫人。简历上记着每个人的名字、技能、应聘岗位（就像PCB记着进程信息），HR通过管理简历来安排面试，而不是直接拽着人排队。

进程排队也是一样：操作系统把所有进程的PCB（比如Linux里的struct task_struct）放进一个“队列”（数据结构里的排队形式），需要调度时，就从队列里拿出一个PCB，根据上面的信息找到对应的代码和数据，让CPU去运行。

• 本质上，就是把PCB从一个队列移到另一个队列（比如从“等待队列”移到“运行队列”）。

• 进程不只是“运行的程序”，它还带着操作系统给它PCB；操作系统靠这个PCB管着所有进程，包括让它们排队、分配资源。

七、task_struct

1. task_struct是什么？

• 前面我们说过说过，Linux系统里的PCB叫struct task_struct。
• 它就像给每个进程建了个“万能档案袋”，里面塞满了管理进程需要的所有信息。

而且，系统里所有进程的task_struct不是乱堆的，而是像串珠子一样，用双链表串起来（就像把所有档案袋按顺序串成一串）。这样操作系统想找哪个进程的信息时，顺着链表一个个翻就行，特别方便。

• 这个task_struct 里到底有什么？

1.1 标识符（PID，进程ID）

作用：给每个进程发个唯一的“身份证号”，确保系统能精准找到它。
例子：就像班里每个学生都有唯一学号，老师喊“35号”，只有对应学生会应答。你打开电脑的“任务管理器”，里面每个进程后面的数字（比如“微信.exe 1234”）就是PID，系统靠它区分“微信”和“浏览器”，绝不会弄混。

1.2 状态

作用：记录进程当前“在干嘛”，以及结束时的“结果”。
进程状态常见的有：

• 运行中（正在被CPU处理）；
• 暂停/等待中（比如等你输入密码，暂时没干活）；
• 已结束（程序关闭了）。

结束时还会留下“退出代码”（比如正常结束是0，出错可能是其他数字）或“退出信号”（比如被强行关闭的信号13）。

例子：你用视频软件看剧时，它是“运行中”；最小化到后台暂停播放，就是“暂停状态”；点叉关闭，就是“已结束”。如果闪退，系统会记下“退出信号”，方便查错。

1.3 优先级

作用：给进程排个“紧急程度”，高优先级的先让CPU处理。

例子：就像医院急诊室，救护车送来的重症病人（高优先级）不用排队，先治疗；普通病人（低优先级）按顺序等。电脑里也一样：系统核心进程（比如内存管理）优先级最高，就算你玩游戏时，它也能优先占用CPU，保证电脑不卡。

1.4 程序计数器（PC）

作用：记录进程“下一条要执行的指令在内存中的位置”。
这里得先简单说下CPU、PC和指令的关系：CPU是“干活的工人”，进程的代码是“工作步骤清单”，PC就是“工人当前看到清单的哪一行”。CPU每次按PC指的位置取指令执行，执行完后PC自动跳到下一行。

例子：你写作业时突然被叫去吃饭，用书签夹在当前页（PC的作用），回来就能从书签处继续写。进程被暂停时，PC会记下“下一条指令在哪”，恢复运行时CPU就知道从哪开始，不会乱套。

1.5 内存指针

作用：告诉系统“进程的代码、数据、共享文件存在内存的哪个角落”。
例子：你把课本（代码）放在书桌抽屉A，笔记本（数据）放在抽屉B，和同学共享的复习资料（共享内存）放在抽屉C。内存指针就是这些抽屉的“地址标签”，系统按标签找东西，不会翻错地方。

1.6 上下文数据

作用：保存进程运行时，CPU内部“小盒子”（寄存器）里的临时数据。
寄存器是CPU自带的超高速存储（比内存快得多），进程运行时会用它存临时结果（比如计算到一半的数字）。

• 但CPU的寄存器只有一套，切换进程时必须先把这些“临时笔记”存到task_struct里（保存上下文），换另一个进程时再把它的“笔记”读回寄存器（恢复上下文）。

例子：你用计算器算题时，突然被老师叫去黑板做题，得先记下计算器上显示的数字（保存上下文），回来才能接着算。如果不记，回来计算器清零了，之前的步骤全白做了。

1.7 I/O状态信息

作用：记录进程正在用哪些外部设备（键盘、硬盘、打印机），以及打开了哪些文件。
例子：我们用Word写作文时，Word进程会“霸占”键盘（你输入文字时，其他程序抢不走）、占用硬盘（保存文件），并在task_struct里记下“正在编辑D盘的作文.docx”。

• 这样系统就知道：这键盘和文件正被Word用，别让其他程序捣乱。

1.8 记账信息：进程的“资源账单”

作用：统计进程用了多少系统资源（比如CPU跑了多久、占了多少内存、用了多少流量）。

例子：就像手机会记每个APP用了多少电和流量，系统靠记账信息判断：如果某个进程偷偷占了90%的CPU（比如恶意软件），就可以限制它；如果是付费服务器，还能按“账单”收费。

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以上就是这篇博客的全部内容，下一篇我们将继续探索Linux的更多精彩内容。

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