进程（一） 进程概念

什么是进程呢？

运行起来的程序吗？

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。

对于我们所写的代码，在进行编译链接之后形成的.exe（可执行程序文件），这个可执行程序本质上是一个文件，是放在磁盘上的。当我们运行这个可执行程序时，本质上是将这个程序加载到内存当中了，因为只有加载到内存后，CPU才能对其进行逐行的语句执行，而一旦将这个程序加载到内存后，我们就不应该将这个程序再叫做程序了，严格意义上将应该将其称之为进程。

其实在我们的程序加载到内存之前操作系统早已经加载到内存中，而程序是操作系统将其进行加载拷贝到内存当中的。

描述进程-PCB

pcb全程为process control block
进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct。

我们知道在操作系统中会同时存在多个进程

那么操作系统如何管理呢？

结合前面的知识，我们知道 应该先描述，再组织。操作系统是用C语言写的，所以操作系统要想管理进程，那么就必须用C语言来描述进程，通过进程的各种重要属性来描述进程，我们很容易想到结构体。这么多进程，结构体里面可以放一些结构体指针将他们链接起来，那么对进程的管理就转变成了对链表的增删查改。

所以进程=可执行程序+内核数据结构（PCB）

task_struct-PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

task_struct内容分类

task_struct就是Linux当中的进程控制块，task_struct当中主要包含以下信息：

• 标示符： 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
• 状态： 任务状态，退出代码，退出信号等。
• 优先级： 相对于其他进程的优先级。
• 程序计数器(pc)： 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
• 内存指针： 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针。
• 上下文数据： 进程执行时处理器的寄存器中的数据。
• I/O状态信息： 包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表。
• 记账信息： 可能包括处理器时间总和，使用的时钟总和，时间限制，记账号等。
• 其他信息。

查看进程

通过系统目录查看

根目录下有一个proc的系统文件夹。

文件夹当中包含大量进程信息，其中有些子目录的目录名为数字。

这些数字其实是某一进程的PID，对应文件夹当中记录着对应进程的各种信息。

通过ps命令查看

ps aux

通过系统调用获取进程的PID和PPID

通过使用系统调用函数，getpid和getppid即可分别获取进程的PID和PPID。
我们可以通过一段代码来进行测试。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
   while(1)
   {
        printf("我是一个进程，我的pid是: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()); // 这个函数只调用了一次
        sleep(1); 
   }
   retrun 0;
}

我们可以通过ps命令查看该进程的信息，即可发现通过ps命令得到的进程的PID和PPID与使用系统调用函数getpid和getppid所获取的值相同。

通过系统调用创建进程- fork（）函数

fork函数创建子进程
fork是一个系统调用级别的函数，其功能就是创建一个子进程。
运行以下代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
  fork();
  while(1)
  {
     printf("我是一个进程，我的pid是: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()); // 这个函数只调用了一次
     sleep(1); // for test
  }
  return 0;
}

运行结果是循环打印两行数据，第一行数据是该进程的PID和PPID，第二行数据是代码中fork函数创建的子进程的PID和PPID。我们可以发现fork函数创建的进程的PPID就是proc进程的PID，也就是说proc进程与fork函数创建的进程之间是父子关系。
每一个进程，操作系统就会为其创建PCB，fork函数创建的进程也是如此。

fork()函数

fork函数做了什么？

上面谈到父进程跟子进程会共享代码和数据，会执行相同的代码，那么fork之前的代码呢，子进程能看到吗？
答案是可以看到。
为什么子进程不从头开始执行呢？

因为我们的程序从上往下按照顺序去执行pc/eip寄存器执行fork完毕，eip指向的是fork后续的代码，而eip也会被子进程继承。所以只执行从fork之后的代码。

fork之后，父子进程谁先运行

创建完成子进程之后，系统的其他进程，父进程，子进程接下来是要被CPU调度执行的，当父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队的时候，哪一个进程先运行是不确定的，因为哪一个进程的PCB先被CPU选择调度，哪个进程就先运行，然后谁会先被调度是由各自PCB中的调度信息（比如说 时间片，优先级等）+调度器算法共同决定的，所以谁先运行是没有明确答案的。

fork函数的返回值：

1、如果子进程创建成功，在父进程中返回子进程的PID，而在子进程中返回0。
2、如果子进程创建失败，则在父进程中返回 -1。

既然父进程和子进程获取到fork函数的返回值不同，那么我们就可以据此来让父子进程执行不同的代码，从而做不同的事。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.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进行分流
    if(id < 0) return 1;
    else if(id == 0)
    {
        // child
        while(1)
        {
            printf("我是子进程: pid: %d, ppid:%d, ret: %d, 我正在执行下载任务, &id: %p\n", getpid(), getppid(), id, &id);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        // parent
        while(1)
        {
            printf("我是父进程: pid: %d, ppid:%d, ret: %d, 我正在执行播放任务, &id: %p\n", getpid(), getppid(), id, &id);
            sleep(1);
        }
    }
}

fork创建出子进程后，子进程会进入到 else if 语句的循环打印当中，而父进程会进入到 else 语句的循环打印当中。

为什么fork会有两个返回值？

Q:如果一个函数执行到了return语句，那么他的工作结束了吗？
A:是的，结束了。

子进程跟父进程代码和数据会共享，那么return之前，子进程已经被创建出来了，而return 语句也是代码，所以return 语句也会被子进程共享，所以父进程子进程被调度都会执行return 语句，从而造成了fork函数有两个返回值。

fork的两个返回值

Q:为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0呢？
在现实生活中一个爹可以对应多个子女，BUT儿子只能对应一个爹，需要管理子女所以需要得到子女的信息（也就是子进程的pid），而对于子女来说只需要管理好自己就可以（所以不需要得到任何信息，即返回0）

Q:如何理解同一个变量会有不同的值？
A:如果启动一个qq，启动微信，启动浏览器，kill掉微信,qq还在、浏览器还在
如果父子进程，父进程被杀掉，子进程还在吗？子进程被杀掉，父进程还在嘛？ 答案是：还在
结合以上两点，我们可以推出，进程之间运行的时候是具有独立性的，

进程的独立性，首先是表现在有各自的PCB，进程之间不会相互影响 ！而代码又是只读的，不会影响！但是数据父子进程是会修改的！代码共享，数据各个进程必须想办法各自私有一份。
但是一般如果不对数据进行写入的话，数据是不会发生拷贝的，只有当写入时，才会进行拷贝，也就是写时拷贝。
总上，我们得出了一个结论这个我们以为的同一个地址，一定不是简单的物理地址。