程序是包含一系列信息的文件（占用磁盘，不占用内存、CPU），这些信息描述了如何在运行时创建一个进程：
- 二进制格式标识：每个程序文件都包含用于描述可执行文件格式的元信息。内核利用此信息来解释文件中的其他信息。（ELF可执行连接格式）
- 机器语言指令：对程序算法进行编码。
- 程序入口地址：标识程序开始执行时的起始指令位置。
- 数据：程序文件包含的变量初始值和程序使用的字面量值（比如字符串）。
- 符号表及重定位表：描述程序中函数和变量的位置及名称。这些表格有多重用途，其中包括调试和运行时的符号解析（动态链接）。
- 共享库和动态链接信息：程序文件所包含的一些字段，列出了程序运行时需要使用的共享库，以及加载共享库的动态连接器的路径名。
- 其他信息：程序文件还包含许多其他信息，用以描述如何创建进程。
进程是正在运行的程序的实例（占用内存、CPU资源）。是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。
可以用一个程序来创建多个进程，进程是由内核定义的抽象实体，并为该实体分配用以执行程序的各项系统资源。
从内核的角度看，进程由用户内存空间和一系列内核数据结构组成，其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量，而内核数据结构则用于维护进程状态信息。记录在内核数据结构中的信息包括许多与进程相关的标识号（IDs）、虚拟内存表、打开文件的描述符表、信号传递及处理的有关信息、进程资源使用及限制、当前工作目录和大量的其他信息。
1.3 单道、多道程序设计单道程序，即在计算机内存中只允许一个的程序运行。
多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插运行，两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态, 这些程序共享计算机系统资源。引入多道程序设计技术的根本目的是为了提高 CPU 的利用率。
-
对于一个单 CPU 系统来说，程序同时处于运行状态只是一种宏观上的概念，他们虽然都已经开始运行，但就微观而言，任意时刻，CPU 上运行的程序只有一个（穿插运行、非同时）。
-
在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用 CPU。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。
时间片（timeslice）又称为“量子（quantum）”或“处理器片（processor slice）”是操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段 CPU 时间。
事实上，虽然一台计算机通常可能有多个 CPU，但是同一个 CPU 永远不可能真正地同时运行多个任务。在只考虑一个 CPU 的情况下，这些进程“看起来像”同时运行的，实则是轮番穿插地运行，由于时间片通常很短（在 Linux 上为 5ms－800ms），用户不会感觉到。
时间片由操作系统内核的调度程序分配给每个进程。首先，内核会给每个进程分配相等的初始时间片，然后每个进程轮番地执行相应的时间，当所有进程都处于时间片耗尽的状态时，内核会重新为每个进程计算并分配时间片，如此往复。
1.5 并行和并发并行(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。
为了管理进程，内核必须对每个进程所做的事情进行清楚的描述。
内核为每个进程分配一个 PCB(Processing Control Block)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。其内部成员有很多，我们只需要掌握以下部分即可：
- 进程id：系统中每个进程有唯一的 id，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）
进程状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。
在三态模型中，进程状态分为三个基本状态，即就绪态，运行态，阻塞态。
- 运行态：进程占有处理器正在运行。
- 就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行。当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列。
- 阻塞态：又称为等待(wait)态或睡眠(sleep)态，指进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成（后变为就绪态）。
在五态模型中，进程分为新建态、就绪态，运行态，阻塞态，终止态。
- 新建态：进程刚被创建时的状态，尚未进入就绪队列。
- 终止态：进程完成任务到达正常结束点，或出现无法克服的错误而异常终止，或被操作系统及有终止权的进程所终止时所处的状态。进入终止态的进程以后不再执行，但依然保留在操作系统中等待善后。一旦其他进程完成了对终止态进程的信息抽取之后，操作系统将删除该进程。
- ps aux / ps ajx 查看进程（静态）
a：显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程
u：显示进程的详细信息
x：显示没有控制终端的进程
j：列出与作业控制相关的信息
STAT状态参数意义：
| 状态 | 意义 |
|---|---|
| D | 不可中断 Uninterruptible（usually IO） |
| R | 正在运行，或在队列中的进程 |
| S(大写) | 处于休眠状态 |
| T | 停止或被追踪 |
| Z | 僵尸进程 |
| W | 进入内存交换（从内核2.6开始无效） |
| X | 死掉的进程 |
| < | 高优先级 |
| N | 低优先级 |
| s | 包含子进程 |
| + | 位于前台的进程组 |
-
top 实时显示进程动态
可以在使用 top 命令时加上 -d 来指定显示信息更新的时间间隔，在 top 命令
执行后，可以按以下按键对显示的结果进行排序：
M 根据内存使用量排序
P 根据 CPU 占有率排序
T 根据进程运行时间长短排序
U 根据用户名来筛选进程
K 输入指定的 PID 杀死进程 -
杀死进程 kill [-signal] pid
kill –l 列出所有信号
kill –SIGKILL 进程ID（强制杀死）
kill -9 进程ID （强制杀死）
killall name 根据进程名杀死进程
每个进程都由进程号来标识，其类型为 pid_t（整型），进程号的范围：0～32767。
进程号总是唯一的，但可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。
任何进程（除 init 进程）都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程，对应的进程号称为父进程号（PPID）。
进程组是一个或多个进程的集合。他们之间相互关联，进程组可以接收同一终端的各种信号，关联的进程有一个进程组号（PGID）。默认情况下，当前的进程号会当做当前的进程组号。
◼ 进程号和进程组相关函数：
pid_t getpid(void);// 当前进程的进程ID
pid_t getppid(void); // 父进程ID
pid_t getpgid(pid_t pid); // 进程所在进程组ID
系统允许一个进程创建新进程（使用的内存空间不一样），新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树结构模型。
3.1 fork()#include#include pid_t fork(void); 返回值： - 成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID - 失败：返回 -1 失败的两个主要原因： 1. 当前系统的**进程数**已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN 2. 系统**内存**不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM
父子进程之间的关系：
区别：
1.fork()函数的返回值不同
父进程中: >0 返回的子进程的ID
子进程中: =0
2.pcb中的一些数据
当前的进程的id: pid
当前的进程的父进程的id: ppid
信号集
共同点：
某些状态下：子进程刚被创建出来，还没有执行任何的写数据的操作
- 用户区的数据
- **文件描述符表fd**（存储在内核区PCB中）
父子进程对变量是不是共享的？
- 刚开始的时候，是一样的，共享的。如果修改了数据，不共享了。
- 读时共享（子进程被创建，两个进程没有做任何的写的操作之前），写时拷贝。
3.2 父子进程虚拟地址空间
子进程的代码从 fork() 之后开始执行，初始用户区数据和父进程一样，但所使用的内存空间不同；内核区也会拷贝过来，但是pid进程号不同。
实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过 读时共享，写时拷贝 (copy- on-write) 实现。
写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。
内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。
只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。
也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。
注意：fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件偏移指针。
#include#include #include #include int main() { int num = 10; // 创建文件（文件描述符fd存储在内核去的PCB中） int fd1 = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777); // 创建子进程 pid_t pid = fork(); // 判断是父进程还是子进程 if(pid > 0) { // 如果大于0，返回的是创建的子进程的进程号，当前是父进程 printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %dn", getpid(), getppid()); printf("parent num : %dn", num); num += 10; // 各自的局部变量 printf("parent num += 10 : %dn", num); printf("parent_fd1 = %dn", fd1); write(fd1, "parent_write1n", 14); // 对a.txt写入 sleep(1); write(fd1, "parent_write2n", 14); // 在子进程关闭fd后，对a.txt写入 } else if(pid == 0) { // 当前是子进程 printf("i am child process, pid : %d, ppid : %dn", getpid(),getppid()); printf("child num : %dn", num); num += 100; // 各自的局部变量 printf("child num += 100 : %dn", num); printf("child_fd1 = %dn", fd1); write(fd1, "child_writen", 12); // 对a.txt写入 close(fd1); // 关闭指向a.txt的fd int fd2 = open("b.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777); // 创建新文件b.txt， printf("child_fd2 = %dn", fd2); // fd2 = fd1 write(fd1, "child_writen", 12); // 对b.txt写入 } // for循环 for(int i = 0; i < 3; i++) { printf("i : %d , pid : %dn", i , getpid()); sleep(0.2); } return 0; }
i am parent process, pid : 7065, ppid : 2420 parent num : 10 parent num += 10 : 20 parent_fd1 = 3 i am child process, pid : 7066, ppid : 7065 child num : 10 child num += 100 : 110 child_fd1 = 3 child_fd2 = 3 i : 0 , pid : 7066 i : 1 , pid : 7066 i : 2 , pid : 7066 i : 0 , pid : 7065 i : 1 , pid : 7065 i : 2 , pid : 70653.3 GDB多进程调试
-
设置调试进程：set follow-fork-mode [parent（默认）| child]
使用 GDB 调试的时候，GDB 默认只能跟踪一个进程，可以在 fork 函数调用之前，通过指令设置 GDB 调试工具跟踪父进程或者是跟踪子进程，默认跟踪父进程。 -
设置调试模式：set detach-on-fork [on | off]
默认为 on，表示调试当前进程的时候，其它的进程脱离GDB调试继续运行，如果为 off，调试当前进程的时候，其它进程停在 fork() 处被 GDB 挂起，等待被调试。 -
查看调试的进程：info inferiors
-
切换当前调试的进程：inferior id
-
使进程脱离 GDB 调试：detach inferiors id
// hello.c #include#include int main() { printf("beginn"); if(fork() > 0) { printf("我是父进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); int i; for(i = 0; i < 4; i++) { printf("p = %dn", i); sleep(1); } } else { printf("我是子进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); int j; for(j = 0; j < 4; j++) { printf("c = %dn", j); sleep(1); } } return 0; }
- 设置调试进程：
cyf@cyf-virtual-machine:~/Linux/test18$ gcc hello.c -o hello -g cyf@cyf-virtual-machine:~/Linux/test18$ ls a.txt b.txt fork fork.c hello hello.c cyf@cyf-virtual-machine:~/Linux/test18$ gdb hello GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2 ... Reading symbols from hello... (gdb) l 1 #include2 #include 3 4 int main() { 5 6 printf("beginn"); 7 8 if(fork() > 0) { 9 10 printf("我是父进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); (gdb) l 11 12 int i; 13 for(i = 0; i < 4; i++) { 14 printf("p = %dn", i); 15 sleep(1); 16 } 17 18 } else { 19 20 printf("我是子进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); (gdb) b 10 【设置断点】 Breakpoint 1 at 0x120b: file hello.c, line 10. (gdb) b 20 【设置断点】 Breakpoint 2 at 0x1261: file hello.c, line 20. (gdb) i b 【显示断点】 Num Type Disp Enb Address What 1 breakpoint keep y 0x000000000000120b in main at hello.c:10 2 breakpoint keep y 0x0000000000001261 in main at hello.c:20 (gdb) r 【执行程序】 Starting program: /home/cyf/Linux/test18/hello begin [Detaching after fork from child process 7464] 我是子进程：pid = 7464, ppid = 7460 c = 0 Breakpoint 1, main () at hello.c:10 【在父进程中断】 10 printf("我是父进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); (gdb) c = 1 【子进程继续执行】 c = 2 c = 3 n 【next 下一行，手动执行父进程】 我是父进程：pid = 7460, ppid = 7291 13 for(i = 0; i < 10; i++) { (gdb) n 14 printf("p = %dn", i); (gdb) p = 0 15 sleep(1); (gdb) n 13 for(i = 0; i < 10; i++) { (gdb) n 14 printf("p = %dn", i); (gdb) n p = 1 15 sleep(1); (gdb) c 【手动继续执行父进程】 Continuing. p = 2 p = 3 [Inferior 1 (process 7460) exited normally] 【程序运行完毕，退出】 (gdb) set follow-fork-mode child 【设置调试进程为child】 (gdb) show follow-fork-mode 【显示调试进程】 Debugger response to a program call of fork or vfork is "child". (gdb) r 【执行程序】 Starting program: /home/cyf/Linux/test18/hello begin [Attaching after process 7947 fork to child process 7948] [New inferior 2 (process 7948)] [Detaching after fork from parent process 7947] [Inferior 1 (process 7947) detached] 我是父进程：pid = 7947, ppid = 7291 p = 0 [Switching to process 7948] Thread 2.1 "hello" hit Breakpoint 2, main () at hello.c:20 【子进程进入调试】 20 printf("我是子进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid()); (gdb) p = 1 【父进程不中断】 p = 2 p = 3 n 我是子进程：pid = 7948, ppid = 1 23 for(j = 0; j < 10; j++) { (gdb) c Continuing. c = 0 c = 1 c = 2 c = 3 [Inferior 2 (process 7948) exited normally] (gdb)
- 调试进程切换：
Reading symbols from hello...
(gdb) b 10 【设置断点】
Breakpoint 1 at 0x120b: file hello.c, line 10.
(gdb) b 20 【设置断点】
Breakpoint 2 at 0x1261: file hello.c, line 20.
(gdb) set detach-on-fork off 【设置子进程不脱离调试】
(gdb) r 【执行】
Starting program: /home/cyf/Linux/test18/hello
begin
[New inferior 2 (process 10068)]
Reading symbols from /home/cyf/Linux/test18/hello...
Reading symbols from /usr/lib/debug/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.31.so...
Thread 1.1 "hello" hit Breakpoint 1, main () at hello.c:10
10 printf("我是父进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid());
(gdb) n 【默认调试父进程，此时子进程被挂起】
我是父进程：pid = 10064, ppid = 10004
13 for(i = 0; i < 10; i++) {
(gdb) info inferiors 【查看调试进程，*代表当前调试的进程】
Num Description Executable
* 1 process 10064 /home/cyf/Linux/test18/hello
2 process 10068 /home/cyf/Linux/test18/hello
(gdb) inferior 2 【切换调试进程】
[Switching to inferior 2 [process 10068] (/home/cyf/Linux/test18/hello)]
[Switching to thread 2.1 (process 10068)]
#0 arch_fork (ctid=0x7ffff7fb7810) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/arch-fork.h:49
49 ../sysdeps/unix/sysv/linux/arch-fork.h: 没有那个文件或目录. 【忽略该错误】
(gdb) info inferiors 【查看进程】
Num Description Executable
1 process 10064 /home/cyf/Linux/test18/hello
* 2 process 10068 /home/cyf/Linux/test18/hello
(gdb) c 【继续调试】
Continuing.
Thread 2.1 "hello" hit Breakpoint 2, main () at hello.c:20
20 printf("我是子进程：pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid());
(gdb) n 【当前已切换为子进程调试】
我是子进程：pid = 10068, ppid = 10064
23 for(j = 0; j < 10; j++) {
(gdb) n
24 printf("c = %dn", j);
(gdb) inferior 1 【切换调试进程】
[Switching to inferior 1 [process 10064] (/home/cyf/Linux/test18/hello)]
[Switching to thread 1.1 (process 10064)]
#0 main () at hello.c:13
13 for(i = 0; i < 10; i++) {
(gdb) n
14 printf("p = %dn", i);
(gdb) c
Continuing.
p = 0
p = 1
p = 2
p = 3
[Inferior 1 (process 10064) exited normally] 【父进程运行完毕】
(gdb) info inferiors 【运行完后变为null，此时自动切换到子进程进行调试】
Num Description Executable
1 /home/cyf/Linux/test18/hello
* 2 process 10068 /home/cyf/Linux/test18/hello
(gdb) n
c = 0
25 sleep(1);
(gdb) n
23 for(j = 0; j < 10; j++) {
(gdb) c
Continuing.
c = 1
c = 2
c = 3
[Inferior 2 (process 10068) exited normally] 【子进程运行完毕】
(gdb)
