[Linux进程(一)] 什么是进程？PCB的底层是什么？以及进程标识符pid与ppid

1、前言

大家经常都在讲进程，而它到底是什么呢？
这里给大家先简单的介绍一下：

• 课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等。
• 内核观点：担当分配系统资源（CPU时间，内存）的实体。

2、描述进程 — PCB(os怎么管理进程呢)

在操作系统中我们说到，os管理的本质并不是对事物本体的管理，而是对数据的管理。
这里虽然我们并不知道进程是什么，但是按照上面的理解，我们对进程的管理，也是对进程的数据进行管理，这里就用到那六个字“先描述，再组织”。我们来画图理解一下：

操作系统可能会同时管理非常多的“进程”，因此在管理的时候，管理这些进程的数据即可，将这些进程共有的属性提取出来，用结构体将其存起来，再使用链表将其链接起来，这样就能有效的管理进程，这样的机制就叫做“先描述，再组织”。
这个进程属性的集合就叫做PCB，也叫做进程控制块。
PCB是一个统称，在Linux中，PCB叫做 task_struct。
最终，我们操作系统对PCB的管理就被建模成了对链表的增删查改。
我们得出：进程 = 可执行程序 + 内核数据结构

3、查看进程

3.1 方法一

在Linux下我们可以使用下面的这个命令来查看进程：

ps ajx

这是所有的进程，如果我们只是对其中一个进程查看呢？我们看下面的：
我们先写一段C语言程序，编译为可执行程序并执行，然后使用该命令来查看一下进程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
    while(1)
    {
        printf("我是一个进程\n");
        sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

命令：

ps ajx | grep mycode

这里用到我们以前学到的 管道符与过滤，筛选出我们想找的进程。

3.2 方法二

我们可以通过根目录下的proc目录来查看。proc目录下保存有进程的信息。

proc目录下的蓝色数字就是每一个进程的pid(Process ID)，这就跟我们的身份证号一样，一人只有一个，每个进程都只有这么一个标识符。
我们再次以刚才那段C语言为例，来查看进程：


如果我们删掉磁盘上可执行程序，进程没有终止的话，我们仍然是可以查到的，因为进程是程序拷贝到内存中的，代码+数据都被拷贝下来了，所以删掉磁盘上的可执行程序不会影响的。

当终止掉程序，内存中拷贝的可执行程序与数据都被释放掉了，因此再去查就查不出来了。

4、系统调用获取进程标示符(PID)

• 进程id（PID）
• 父进程id（PPID）
  我们在上面使用 ps ajx 命令的时候发现，有一个PID，还有一个PPID，我们不难猜到，这些都是PCB中的属性。
  如果获取呢？这里要介绍我们第一个要学习系统调用，getpid与getppid了。我们使用man手册查一下看看怎么说。
  
  我们接下来就使用getpid与getppid系统调用接口来看看能不能查到pid与ppid。

4.1 获取进程的ID

这里我们写一段C语言程序来调用看看：

#include <stdio.h>                     
#include <sys/types.h>                  
#include <unistd.h>                    
                                                                                     
int main()                                                                          
{                                                                                   
    while(1)                                                                        
    {                                                                               
        printf("我是一个进程,pid = %d\n", getpid());                                                                            
        sleep(1);                                                          
    }
                                                                            
    return 0;                       
} 

编译后我们运行可执行程序，并使用下面 ps ajx 命令来对比看，pid是否正确。

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mycode | grep -v grep

我们发现，getpid确实是没错的，并且我们调用是没有出错的。
当我们想要终止掉一个进程的时候，我们总是用 ctrl + c，今天我们再来学一个终止命令，kill 命令。

kill -9 pid  // 这里的9是9号信号

4.2 获取进程的父进程ID

我们继续改写上面的C语言代码，再来看看 getppid() 系统调用接口。

#include <stdio.h>                     
#include <sys/types.h>                  
#include <unistd.h>                    
                                                                                     
int main()                                                                          
{                                                                                   
    while(1)                                                                        
    {                                                                               
        printf("我是一个进程,pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());                                                                            
        sleep(1);                                                          
    }
                                                                            
    return 0;                       
} 

经过我的不断调用发现，每次运行pid都是在变化的，但是ppid确实一直没有变化，我猜它是一直在运行的，我们来查看一下它是谁。

原来它是命令行解释器 bash 呀。我们由此也知道了，我们所敲出来的命令都是 bash 的子进程。
那我们Linu下有没有创建子进程的系统接口呢，有，我们再来学一下。

5、系统调用创建子进程-fork

我们可以使用fork创建子进程，先查一下man手册看看：

我们写一份 C语言代码来试着调用系统接口 fork()。
我们先想一下，我们有自己的进程为什么还要去创建子进程呢？
在上面的学习我们看到，我们输入的命令是执行命令得到结果，而父进程bash是解释你所输入的命令，这就说明，我们父子进程各自做各自的事。由此，我们想是不是可以，按照fork的返回值配合 if-else 语句来执行不同的事。我们试一下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("我是一个父进程，我的pid：%d\n", getpid());
     
    pid_t id = fork();
    // fork之后用if分流
    if(id < 0) return -1;
    else if(id == 0)
    {
        // child
        while(1)
        {                
            printf("我是子进程，pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);                                                             
        }
    }
    else 
    {
        // parent
    	while(1)
        {
            printf("我是父进程，pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
	}

    return 0;
}

我们编译后运行可执行程序。

通过打印出来的结果，我们发现刚我们的猜测是正确的！！！
这里我们可以总结出几个问题，对fork作以总结：
1、fork干了什么事情?
调用fork()后，创建了子进程，父子进程可以协作，干不同的事。
2、为什么fork会有两个返回值？
我们在查文档的时候，就有返回值的介绍。
成功时，给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0；失败时，给父进程返回-1，不创建子进程。
3、为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？
我们与现实生活联系起来。现实中，父 : 子 = 1 : n(n >= 1)，父亲给孩子不同名字，可以更好的区分孩子（保证唯一性）。这样类比到这里，给父进程返回子进程的pid，父进程必须有标识子进程的方式，而子进程只需要知道自己是否被创建成功，以及知道父进程是谁即可 (调用 getppid())。
4、fork之后谁先运行？
我们上面运行了可执行程序后，发现先跑了父进程的代码片段，然后跑子进程的代码片段，但是后面并不是这样的规律。
当创建完子进程后，系统的其他进程，以及父进程和子进程都要被调度。父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队，哪个进程的PCB先被调度，哪个进程就先被运行，是由操作系统决定的，不确定的。
5、如何理解同一个id变量，怎么会有不同的值？
当父子进程都被运行时，他们共用一份代码与数据，但是一旦发生数据的写入，就会发生写时拷贝，数据就不再共享，而是父子进程各一份自己的数据，因此就会出现同一个变量，值不相同。