Linux系统编程【进程通信】（1）

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01. 学习目标

• 了解进程相关的概念
• 掌握fork/getpid/getppid函数的使用
• 熟练掌握ps/kill命令的使用
• 熟练掌握execl/execlp函数的使用
• 说出什么是孤儿进程和僵尸进程

02. 进程和程序 (理解)

我们平时写的 C 语言代码，通过编译器编译，最终它会成为一个可执行程序，当这个可执行程序运行起来后（没有结束之前），它就成为了一个进程。

程序是存放在存储介质上的一个可执行文件，而进程是程序执行的过程。进程的状态是变化的，其包括进程的创建、调度和消亡。程序是静态的，进程是动态的。

示例：

程序就类似于剧本(纸)，进程类似于戏(舞台、演员、灯光、道具…)，同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样，同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)。

在 Linux 系统中，操作系统是通过进程去完成一个一个的任务，进程是管理事务的基本单元。

进程拥有自己独立的处理环境（如：当前需要用到哪些环境变量，程序运行的目录在哪，当前是哪个用户在运行此程序等）和系统资源（如：处理器 CPU 占用率、存储器、I/O设备、数据、程序）。

我们可以这么理解，公司相当于操作系统，部门相当于进程，公司通过部门来管理（系统通过进程管理），对于各个部门，每个部门有各自的资源，如人员、电脑设备、打印机等。

03. 单道、多道程序设计(了解)

3.1 单道程序设计

所有进程一个一个排队执行。若A阻塞，B只能等待，即使CPU处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现是必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理，在计算机发展历史上存在不久，大部分便被淘汰了。

3.2 多道程序设计

在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。

在计算机中时钟中断即为多道程序设计模型的理论基础。并发时，任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出cpu资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障，对进程而言不可抗拒。 操作系统中的中断处理函数，来负责调度程序执行。

在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU (分时复用CPU资源)。而当下常见CPU为纳秒级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。

1s = 1000ms

1ms = 1000us

1us = 1000ns

1s = 1000000000ns

04. 并行和并发(理解)

**并行(parallel)：**指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。

**并发(concurrency)：**指在==同一时刻只能有一条指令执行==，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

举例说明：

• 并行是两个队列同时使用两台咖啡机
• 并发是两个队列交替使用一台咖啡机

05. MMU(了解)

MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是在中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

06. 进程控制块PCB(了解)

进程运行时，内核为进程每个进程分配一个PCB（进程控制块），维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。

在 /usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h 文件中可以查看struct task_struct 结构体定义：

xcc@machine:~/share$ vim /usr/src/linux-headers-4.10.0-28/include/linux/sched.h

其内部成员有很多，我们掌握以下部分即可：

• 进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
• 进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
• 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
• 描述虚拟地址空间的信息。
• 描述控制终端的信息。
• 当前工作目录（Current Working Directory）。
• umask掩码。
• 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
• 和信号相关的信息。
• 用户id和组id。
• 会话（Session）和进程组。
• 进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。