进程与程序

程序(procedure) :不太精确地说,程序就是执行一系列有逻辑、有顺序结构的指令,帮我们达成某个结果。

进程(process) :进程是程序在一个数据集合上的一次执行过程,在早期的 UNIX、Linux 2.4 及更早的版本中,它是系统进行资源分配和调度的独立基本单位。

简单来说,程序是为了完成某种任务而设计的软件,比如 vim 是程序。什么是进程呢?进程就是运行中的程序。

进程的特性

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并发与并行

并发 :在一个时间段内,宏观来看有多个程序都在活动,有条不紊的执行(每一瞬间只有一个在执行,只是在一段时间有多个程序都执行过)。

并行 :在每一个瞬间,都有多个程序都在同时执行,这个必须有多个 CPU 才行。

线程

线程(thread) 是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。因为线程中几乎不包含系统资源,所以执行更快、更有效率。

总结

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简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。线程的划分尺度小于进程,使得多线程程序的并发性高。另外,进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存,从而极大地提高了程序的运行效率。

进程的类别

以进程的功能与服务的对象来分:
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以应用程序的服务类型来分:
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进程的衍生

就比如我们启动了终端,就是启动了一个 bash 进程,我们可以在 bash 中再输入 bash 则会再启动一个 bash 的进程,此时第二个 bash 进程就是由第一个 bash 进程创建出来的,我们一般称呼第一个 bash 进程是第二 bash 进程的父进程,第二 bash 进程是第一个 bash 进程的子进程。

子进程就是父进程通过系统调用 fork() 而产生的复制品,fork() 就是把父进程的 PCB 等进程的数据结构信息直接复制过来,只是修改了 PID,所以一模一样,只有在执行 exec() 之后才会不同,而早先的 fork() 比较消耗资源后来进化成 vfork(),效率高了不少。

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子进程退出与回收

当一个子进程要正常的终止运行时,或者该进程结束时它的主函数 main() 会执行 exit(n); 或者 return n,这里的返回值 n 是一个信号,系统会把这个 SIGCHLD 信号传给其父进程。

在将要结束时的子进程代码执行部分已经结束执行了,系统的资源也基本归还给系统了,但若是其进程的进程控制块(PCB)仍驻留在内存中,而它的 PCB 还在,代表这个进程还存在(因为 PCB 就是进程存在的唯一标志,里面有 PID 等消息),并没有消亡,这样的进程称之为 僵尸进程(Zombie)

虽然僵尸进程是已经放弃了几乎所有内存空间,没有任何可执行代码,也不能被调度,在进程列表中保留一个位置,记载该进程的退出状态等信息供其父进程收集,从而释放它。但是 Linux 系统中能使用的 PID 是有限的,如果系统中存在有大量的僵尸进程,系统将会因为没有可用的 PID 从而导致不能产生新的进程。

另外如果父进程结束(非正常的结束),未能及时收回子进程,子进程仍在运行,这样的子进程称之为孤儿进程。在 Linux 系统中,孤儿进程一般会被 init 进程所“收养”,成为 init 的子进程 。由 init 来做善后处理,所以它并不至于像僵尸进程那样无人问津,不管不顾,大量存在会有危害。

进程的结构

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通过 pstree 可以查看。

还可以获取指定的进程信息 ps -fxo user,ppid,pid,pgid,command
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进程组与session

每当一个进程被创建的时候,它便会成为其父进程所在 Session 中的一员,每一个进程组都会在一个 Session 中,并且这个 Session 是唯一存在的。

Session 主要是针对一个 tty 建立,Session 中的每个进程都称为一个工作(job)。每个会话可以连接一个终端(control terminal)。当控制终端有输入输出时,都传递给该会话的前台进程组。Session 意义在于将多个 jobs 囊括在一个终端,并取其中的一个 job 作为前台,来直接接收该终端的输入输出以及终端信号。 其他 jobs 在后台运行。

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