Linux系统的进程管理基础知识

# 1. Linux系统中进程的基本概念

#### 1.1 进程的定义和特点

在Linux系统中，进程是指正在执行的一个程序的实例。每一个进程都是由操作系统创建和管理的，并拥有自己独立的内存空间、资源和状态。

进程的特点包括：

- 动态性：进程是动态生成和消亡的，通过系统调用可以创建新的进程，进程执行完毕或者异常终止后，会被操作系统回收资源并从进程列表中移除。
- 并发性：多个进程可以在同一时刻在不同的CPU核心或者分时段地执行，实现了多任务并发执行的效果。
- 独立性：进程之间相互独立，不同的进程之间不能直接访问彼此的内存空间和资源，只能通过进程间通信的方式进行数据交换和共享。
- 异步性：由于进程执行的不可预测性，操作系统会根据各个进程的状态和优先级来进行合适的调度。

#### 1.2 进程的状态转换

进程在执行过程中会经历不同的状态，常见的有以下几种状态：

- 运行状态（Running）：进程正在执行中。
- 就绪状态（Ready）：进程处于就绪队列中，已经满足执行条件，只等待调度器分配CPU资源。
- 阻塞状态（Blocked）：进程由于等待某个事件发生而暂时停止执行，直到事件发生后才会进入就绪状态。
- 创建状态（New）：新创建的进程，尚未被加载到内存中。
- 终止状态（Terminated）：进程执行完毕或异常终止，等待操作系统回收资源。

进程状态之间的转换如下图所示：

graph LR
A[创建状态] --> B[就绪状态]
B --> C[运行状态]
C --> D[阻塞状态]
D --> B
C --> E[终止状态]

#### 1.3 进程的组成要素

一个进程由以下几个基本组成要素：

- 程序代码：进程所要执行的程序指令。
- 数据区：进程运行时需要使用的全局变量、静态变量等数据。
- 堆：进程运行时动态分配的内存空间。
- 栈：进程运行时的临时数据和函数调用信息。
- 文件描述符表：用于维护进程打开的文件。
- 进程控制块（PCB）：记录着进程的各种信息，如进程状态、程序计数器、寄存器等。

#### 1.4 进程的标识符

每个进程在系统中都有一个唯一的标识符，称为进程ID（PID）。PID是一个非负整数，一般情况下从1开始递增，直到达到系统所允许的最大进程数量。

进程ID的作用包括：

- 唯一标识进程：可以通过PID来区分不同的进程。
- 进程间通信：进程可以通过PID进行进程间通信，如信号传递、消息队列等。
- 进程控制：可以通过PID来控制和管理进程，如查找、终止进程等。

以上就是关于Linux系统中进程的基本概念的内容，接下来我们将探讨进程的创建和终止。

# 2. 进程的创建和终止

### 2.1 进程的创建方式

在Linux系统中，进程可以通过多种方式进行创建。下面我们将介绍几种常见的创建方式。

#### 2.1.1 fork()函数

fork()函数是创建进程最常见的方式之一。它会创建一个新的子进程，该子进程是父进程的副本，并且从fork()函数处开始执行。在fork()函数调用后，返回两次，分别在父进程和子进程中返回。父进程中返回子进程的进程ID（PID），而子进程中返回0。

import os

def main():
    pid = os.fork()
    if pid > 0:
        # 父进程
        print("父进程，子进程的PID是:", pid)
    elif pid == 0:
        # 子进程
        print("子进程，我的PID是:", os.getpid())
    else:
        print("进程创建失败")

if __name__ == "__main__":
    main()

代码解释：
- 首先，我们导入了os模块，用于调用系统函数。
- 在main()函数中，调用了os.fork()函数创建子进程。如果创建成功，返回的PID大于0，表示当前进程为父进程；如果返回0，表示当前进程为子进程；如果返回值小于0，表示进程创建失败。
- 父进程中，我们通过打印输出子进程的PID来标识自己是父进程。
- 子进程中，我们通过打印输出自己的PID来标识自己是子进程。

运行结果：

父进程，子进程的PID是: 12345
子进程，我的PID是: 12346

可以看到，通过fork()函数成功创建了子进程，并且父子进程分别输出了各自的PID。

#### 2.1.2 exec()函数

exec()函数是在新进程中执行一个可执行文件的方式。当一个进程调用exec()函数时，它将会用新的程序替换当前程序，从而成为一个全新的进程。

import os

def main():
    pid = os.fork()
    if pid > 0:
        # 父进程
        print("父进程")
    elif pid == 0:
        # 子进程
        print("子进程")
        os.execv("/bin/ls", ["ls", "-l"])
    else:
        print("进程创建失败")

if __name__ == "__main__":
    main()

代码解释：
- 我们在子进程中调用了os.execv()函数，参数为可执行文件的路径和参数列表。这里我们使用了ls命令来展示效果。
- 当execv()函数成功执行后，子进程中的代码将会被替换，而不是继续执行后续的代码。

运行结果：

父进程
子进程
总用量 8
-rwxrwxr-x 1 user user 8488 月  日  时间 文