实验楼

理解Linux进程

进程概念

我对于程序已经有了一定程度的认知——一段指令集合。那么进程又是什么，进程不应该就是一种程序吗？一个经典的例子，把程序比喻成菜谱，记录了做一道菜的过程，那么进程就是动手做出一道菜的过程。可以说，进程就是执行的程序，程序的一次执行。

程序是静态的，进程是动态的实体

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都有独立的内存空间、文件描述符、环境变量等资源，进程之间相互隔离，互不干扰。

进程具有并发性，也就是说，程序的执行并不一定是顺序的，是并发的，并发能够极大提高了程序的执行效率和资源利用率，于是引入线程的概念。

21b10a6fc224d5704279bbe987c4e67c

线程（Thread） 是进程中的一个执行单元，是CPU调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间和资源，但每个线程有自己的栈和程序计数器。

多线程编程可以提高程序的并发性和响应性，但也需要注意线程安全问题（如竞态条件、死锁等）。

进程状态

创建（New）：进程正在被创建。

就绪（Ready）：进程已准备好运行，等待CPU分配时间片。

运行（Running）：进程正在CPU上执行。

阻塞（Blocked）：进程等待某些事件（如I/O操作完成）而暂停执行。

终止（Terminated）：进程执行完毕或被强制终止。

8c87b1dcc6efe3c59ad91892b5adb68e

以上的进程分类是广义上的，对于特定的操作系统可能有更细化特殊的状态分类。

拓展：Linux进程状态

R (Running / Runnable):进程正在运行或准备运行（在运行队列中等待CPU时间）。
S (Interruptible Sleep):进程在等待某个事件（如I/O操作完成或信号），并且可以被信号中断。
D (Uninterruptible Sleep):进程在等待I/O操作完成，且不会被信号中断。常见于磁盘I/O操作。
Z (Zombie):进程已终止，但其父进程尚未回收其资源（如PID、退出状态等）。
T (Stopped):进程被信号（如SIGSTOP）暂停，或正在被调试器跟踪。
X (Dead):进程已完全终止，通常不会在ps或top的输出中看到。
I (Idle):内核线程处于空闲状态，等待任务。
t (Tracing stop):进程因被跟踪而暂停（如调试器）。
W (Paging):进程正在等待分页（已废弃，现代内核中很少见）。
K (Wakekill):进程正在等待不可中断的内核操作，且可被致命信号中断。
P (Parked):进程被内核“停放”，通常用于内核线程。

进程分类

​ 功能与服务：用户进程与系统进程

​ 应用程序的服务类型：交互进程、批处理进程、守护进程

  1. 按功能与服务分类

（1）用户进程（User Process）

  • 定义：由用户启动的进程，通常运行在用户空间。
  • 特点：
    • 执行用户编写的应用程序（如浏览器、文本编辑器、游戏等）。
    • 权限受限，不能直接访问硬件或内核资源。
    • 依赖于操作系统提供的系统调用（System Call）来访问底层资源。
  • 示例：
    • 用户打开的Chrome浏览器进程。
    • 用户运行的Python脚本进程。

（2）系统进程（System Process）

  • 定义：由操作系统内核启动和管理的进程，通常运行在内核空间。
  • 特点：
    • 负责管理硬件资源、内存、文件系统等。
    • 具有较高的权限，可以直接访问硬件和内核资源。
    • 通常是操作系统的核心组件。
  • 示例：
    • 内存管理进程。
    • 文件系统管理进程。
    • 调度器进程。
  1. 按应用程序的服务类型分类

（1）交互进程（Interactive Process）

  • 定义：与用户直接交互的进程，通常需要用户输入并实时响应。
  • 特点：
    • 依赖于用户的输入（如键盘、鼠标）。
    • 需要快速响应，对延迟敏感。
    • 通常运行在前台。
  • 示例：
    • 文本编辑器（如Vim、Notepad）。
    • 图形界面应用程序（如浏览器、游戏）。

（2）批处理进程（Batch Process）

  • 定义：不需要用户交互，按预定义的任务列表自动执行的进程。
  • 特点：
    • 通常用于处理大量数据或执行重复性任务。
    • 对实时性要求较低，注重吞吐量。
    • 可以在后台运行。
  • 示例：
    • 数据备份任务。
    • 日志分析任务。
    • 编译大型项目。

（3）守护进程（Daemon Process）

  • 定义：在后台运行的系统服务进程，通常没有用户界面。
  • 特点：
    • 在系统启动时自动运行，持续提供服务。
    • 不依赖于用户交互。
    • 通常以低优先级运行，避免影响系统性能。
  • 示例：
    • Web服务器（如Apache、Nginx）。
    • 数据库服务（如MySQL、PostgreSQL）。
    • 系统日志服务（如syslogd）。
  1. 其他分类方式

除了上述分类方式，进程还可以根据其他标准进行分类：

（1）按优先级分类

  • 实时进程（Real-Time Process）：对响应时间要求极高的进程（如音视频处理）。
  • 普通进程（Normal Process）：对响应时间要求较低的进程（如批处理任务）。

（2）按资源占用分类

  • CPU密集型进程：主要消耗CPU资源（如科学计算）。
  • I/O密集型进程：主要消耗I/O资源（如文件读写、网络通信）。

（3）按父子关系分类

  • 父进程（Parent Process）：创建其他进程的进程。
  • 子进程（Child Process）：由父进程创建的进程。
分类方式 类型 特点 示例
功能与服务 用户进程 由用户启动，运行在用户空间，权限受限 Chrome浏览器、文本编辑器
系统进程 由操作系统启动，运行在内核空间，权限较高 内存管理、文件系统管理
服务类型 交互进程 与用户直接交互，对实时性要求高 文本编辑器、图形界面应用程序
批处理进程 自动执行任务，注重吞吐量，无需用户交互 数据备份、日志分析
守护进程 后台运行，提供系统服务，无用户界面 Web服务器、数据库服务

进程衍生

由进程产生进程，进程之间是有家族关系的

f8e7e74dfdb653db93a57e7332dd9234

关键词：父子进程，僵尸进程，孤儿进程，进程0，进程1

父进程产生子进程，通过fork()创建，子进程是父进程的副本

僵尸进程是系统资源已被回收但还未被父进程回收的进程，不占用系统资源但还有PID，占用进程表

孤儿进程是父进程不正常结束而导致没有父进程的进程，会被init进程收容接管

进程0，内核启动的第一个进程，是计算机启动时引导程序创建的最原始系统进程，负责初始化系统，进程0会产生进程1

进程1，init进程，用户空间的第一个进程，是始祖进程，产生其他所有进程，是所有进程的始祖，负责系统初始化和进程管理

进程管理

进程组（Process Group）和会话（Session）

  1. 进程组（Process Group）
  • 定义：
    • 进程组是一个或多个进程的集合，这些进程通常是由同一个父进程创建的，并且共享同一个进程组ID（PGID）。
    • 进程组ID通常等于该组中第一个进程（组长进程）的进程ID（PID）。
  • 作用：
    • 用于作业控制（Job Control），例如将一组进程作为一个整体进行管理（如暂停、恢复、终止）。
    • 方便向一组进程发送信号（如SIGKILL、SIGSTOP）。
  • 特点：
    • 每个进程都属于一个进程组。
    • 进程组可以包含多个进程，但只能有一个组长进程。
    • 进程组的存在与终端会话无关。
  1. 会话（Session）
  • 定义：
    • 会话是一个或多个进程组的集合，通常与一个终端（Terminal）相关联。
    • 每个会话有一个唯一的会话ID（SID），通常等于会话首进程（Session Leader）的进程ID（PID）。
  • 作用：
    • 用于管理终端会话，例如用户登录后启动的所有进程都属于同一个会话。
    • 控制终端的输入输出（如键盘输入、屏幕输出）。
  • 特点：
    • 每个会话可以有一个控制终端（Controlling Terminal）。
    • 会话中的进程组分为前台进程组（Foreground Process Group）和后台进程组（Background Process Group）。
    • 前台进程组可以接收终端的输入和信号（如SIGINT），而后台进程组不能。

关键概念

  1. 进程组与会话的关系
  • 一个会话可以包含多个进程组，但只能有一个前台进程组。
  • 进程组可以属于某个会话，但不能跨会话。
  1. 前台进程组与后台进程组
  • 前台进程组：
    • 与终端交互的进程组。
    • 可以接收终端的输入（如键盘输入）和信号（如SIGINT）。
  • 后台进程组：
    • 不与终端直接交互的进程组。
    • 不能接收终端的输入，但可以接收信号。
  1. 会话首进程（Session Leader）
  • 创建会话的进程称为会话首进程。
  • 会话首进程的PID通常等于会话ID（SID）。
  1. 控制终端（Controlling Terminal）
  • 会话可以与一个终端关联，称为控制终端。
  • 控制终端用于处理输入输出和信号。

进程查看

jobs #查看当前Shell会话的后台进程组
top #实时查看进程信息
ps #静态查看当前系统的进程信息
ps aux #静态查看所有用户的进程信息
ps axjf #以树状结构显示进程及其父子关系
ps aux | grep zsh #查看zsh相关的进程（结合grep命令来实现）

#查看物理CPU的个数
cat /proc/cpuinfo |grep "physical id"|sort |uniq|wc -l
#每个cpu的核心数
cat /proc/cpuinfo |grep "physical id"|grep "0"|wc -l