Linux进程管理

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进程=内核数据结构（PCB）+该程序的代码+数据集合

PCB

进程控制块，Process Ctrl Block，是操作系统为了管理进程设置的一个专门的结构体task_struct，操作系统用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程，控制和管理进程

task_struct

pid：每个进程唯一标识符。pid为0的进程为调度进程，该进程是内核的一部分；pid为1的进程为init进程，它是一个普通的用户进程，但是以超级用户特权运行；pid为2的进程是页守护进程，负责支持虚拟存储系统的分页操作

#include<unistd.h>
pid_t getpid(void);     // 获取该进程的pid
pid_t getppid(void);    // 获取该进程的父进程pid
uid_t getuid(void);     // 获取调用该进程的实际用户id
uid_t geteuid(void);    // 获取调用该进程的有效用户id
gid_t getgid(void);     // 获取调用该进程的实际组id
git_t getegid(void);    // 获取调用该进程的有效组id

每个进程都有两个栈：用户空间栈和内核栈（系统空间栈），task_struct和系统空间栈存放位置如下（两个连续的物理页）：

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进程创建

Linux系统创建进程都是由已存在的进程创建的（除了0号进程），被创建的进程叫做子进程，创建子进程的进程就做父进程

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0/1/2号进程

  • 0号进程：在内核初始化的过程中，会先通过struct task_struct init_task=INIT_TASK(init_task)创建0号进程，这是唯一一个不通过fork或者kernel_thread产生的进程，是进程列表的第一个
  • 1号进程：通过调用指令kernel_thread(kernel_init,NULL,CLONE_FS)从内核态切换到用户态来创建的，1号进程是所有用户态的祖先
  • 2号进程：通过调用指令kernel_thread(kthreadd,NULL,CLONE_FS|CLONE_FILES)来创建，2号进程负责所有内核态的进程的调度和管理，是内核态所有进程的祖先（注意，内核态不分线程和进程，都是任务）

为什么先创建0号进程，而不直接创建1号进程

简单来说就是Linux 的第一个进程不适合是一个真进程，需要一个没有数据之类东西的假进程

为什么要区分用户态和内核态

因为有了多个进程，对于关键资源来说，就会产生争用以及误操作破坏资源等情况。这时就需要对资源的访问权限进行一定的限制。x86提供了分层的权限机制，内核态具有最高的访问权限，而用户态访问核心资源时必须要切换到内核态才可以访问

fork

fork是类Unix操作系统上创建进程的主要方法，fork用于创建子进程，采用COW技术避免创建进程时大量拷贝，父子进程的执行次序不确定

vfork

起源：因为以前的fork当它创建一个子进程时，将会创建一个新的地址空间，并且拷贝父进程的资源，而往往在子进程中会执行exec调用，这样，前面的拷贝工作就是白费力气了，这种情况下，聪明的人就想出了vfork，它产生的子进程刚开始暂时与父进程共享地址空间（其实就是线程的概念了），因为这时候子进程在父进程的地址空间中运行，所以子进程不能进行写操作。并且当子进程占用着父进程的空间时，父进程不许执行，一旦子进程执行完exec或者exit后，子进程有了自己的空间，父进程才可能被调度运行

exec函数族

在Linux中使用exec函数族，系统调用execve()对当前进程进行替换，替换成一个指定程序，其参数包括文件名，参数列表以及环境变量

一旦一个进程调用exec类函数，它本身就死亡了，系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段和堆栈段，唯一留下的就是进程号

在这里插入图片描述

Copy-on-Write，COW

fork创建出的子进程，与父进程共享内存空间。 如果子进程不对内存空间进行写入操作的话，内存空间中的数据并不会复制给子进程，这样创建子进程的速度就很快 ，因为不用复制，直接引用父进程的物理空间 ，并且如果在fork函数返回之后，子进程第一时间exec一个新的可执行映像，那么也不会浪费时间和内存空间了

fork之后，kernel把父进程中所有的内存页的权限都设为read-only，然后子进程的地址空间指向父进程。当父子进程都只读内存时，相安无事。当其中某个进程写内存时，CPU硬件检测到内存页是read-only的，于是触发页异常中断（page-fault），陷入kernel的一个中断例程。中断例程中，kernel就会把触发的异常的页复制一份，于是父子进程各自持有独立的一份

whoseJam