Linux--进程状态与优先级

概念

进程指的是程序在执行过程中的活动。进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程可以看作是程序的一次执行实体，它包含了程序代码、数据以及相关的执行上下文信息。操作系统通过创建、调度和管理多个进程来实现对计算机系统资源的有效利用。
每个进程都有自己的地址空间、寄存器集合、堆栈等资源，他们与其他进程相互隔离。不同的进程之间可以通过进程间的通信（PIC）机制进行信息交换和数据共享。
简单的来说，进程就是加载到内存的程序。

PCB进程控制块

那么如何管理加载到内存的程序呢？
答案是先描述再组织。

而这样管理进程的结构体，我们称之为进程控制块（PCB)。

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

PCB与进程之间存在着一对一的对应关系，每个进程在系统中都有一个相应的PCB来描述和管理它。当操作系统创建一个新进程时，会为该进程分配一个独立的PCB。
PCB通过维护这些信息，操作系统可以管理和控制进程的状态转换、调度和资源分配。当系统需要切换进程时，它会保存当前进程的上下文信息到该进程的PCB中，然后加载新进程的PCB，并将保存的上下文信息恢复， 从而实现进程间的无缝切换和调度。

PCB的属性（task_struct)

在Linux中，描述进程的结构体叫作task_struct(也就是Linux的PCB）。

查看进程

通过指令

ps ajx

进行查看

PID是进程的唯一标识符

下面写一个简单的C程序来看一下进程


结果查看：

上面进程中，我们执行指令grep也是进程的一条，当我们查看时，可以忽略他，加上：

我们可以利用while循环，来不断查询当前的进程情况：

获取PID/PPID

PID：是进程的唯一标识符，类似于你在学校专属的学号，可以通过PID查看到对应的进程信息。

在C程序我们也可以通过函数来获取PID

PPID被称为子进程的父进程；当一个进程之中再有一个进程在运行，那么这个在里面的进程被称为子进程，而外面的进程称为父进程；

proc

对proc的查看

执行指令 ls /proc/PID -ld
对执行程序的查询，再将程序退出查询，对比两次的情况

执行指令 ls /proc/PID -l
查看进程的总信息

列举一些比较关键的信息

利用文件的生成查看对应的工作目录（默认在对应的进程工作目录里生成）

更改当前的工作目录时，

创建进程–fork()

fork()是一个系统调用，为当前运行进程创建一个新的子进程。在调用fork之后，操作系统会复制当前进程的所有资源（包括代码、数据、堆栈等），并创建一个全新的进程。这个进程被称为子进程，而原来的进程被称为父进程。
在fork操作完成后，父进程和子进程是相互独立的，它们有各自独立的内存空间和资源。子进程会继承父进程的属性，例如文件描述符，信号处理程序等。

接下来我们看操作实例：

fork的返回值

俩进程独立操作

利用kill指令杀掉父进程：

一次创建多个进程

结果：

进程状态

进程状态描述了一个进程在执行过程中的不同状态。
常见的进程状态包括：

R运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。
D磁盘休眠状态（Disk sleep有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态

我们还是利用指令 ps ajx 来查看进程的状态。

如：

细节：

kill的常用指令

僵尸进程

僵尸进程是一个处于已终止但仍然存在于进程表中的进程。当一个子进程运行结束后，它会向父进程发送一个终止信号。
如果父进程没有及时处理子进程的终止状态，子进程的PCB就会一直存在于系统的进程表中，成为一个僵尸进程。僵尸进程所占用的系统资源非常有限，仅仅保留了它的进程ID、返回值和一些基本信息。

下面来演示下僵尸进程
将子进程优先退出，父进程进入睡眠状态，子进程退出之后，父进程仍然在睡眠状态没有回收子进程的资源；

int main()                                                                                                                                                    
  {
    pid_t id = fork();
    if(id < 0){
    perror("fork");
    return 1;
    }
    else if(id==0)
   {
     printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
      sleep(5);
      exit(1);
    }
    else 
   {
     printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
     sleep(30);
   }
   return 0;
  }  

结果：

僵尸进程的危害

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎
么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！
维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话
说， Z状态一直不退出， PCB一直在维护。
那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构
对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！

孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
孤儿进程被1号init进程领养，由init进程回收。

例子：
通过让父进程优先退出，来查看进程状态

  7  int main()                                                                                                                                                    
  8   {                                                                        
  9     pid_t id = fork();
 10     if(id < 0){
 11     perror("fork");
 12     return 1;
 13     }                                                 
 14     else if(id==0)                 
 15    {              
 16      printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
 17       sleep(15);                     
 18                           
 19     }                                   
 20     else               
 21    {
 22      printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());              
 23      sleep(5);                                                   
 24      exit(1);                                             
 25    }                                  
 26    return 0;                                             
 27   }     

结果：

进程优先级

进程优先级是指操作系统为每个进程分配的执行优先级，用于控制和管理多任务环境中的进度调度。通过设置不同的优先级，可以决定哪些进程应该优先执行，从而影响系统的响应时间和吞吐量。