基本概念：
- 进程是程序的一个执行实例；
- 从内核来看，进程是担当分配系统资源的实体。
注：在Linux操作系统中，大多数指令都是创建了一个个的进程。
操做系统如何管理内存？
答： 使用一个结构体（PCB）来描述进程；
使用高效的数据结构来组织进程。
描述进程--PCB（process control block）：
进程的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。这个数据结构在Linux操作系统中被叫做task_struct。
存放进task_struct结构体中的信息有：
- 标识符：用来区别其他进程的唯一标识符；
- 状态：任务的状态，退出代码，退出信号等；
- 优先级：相对于其它进程的优先级；
- 内存指针：是用来存放代码和数据的地址，还有其他进程共享的内存块的指针；
- 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址；
- 上下文：进程执行时寄存器中的数据（保护现场，进程切换后，切换回来的时候方便恢复到切换时的进程执行的状态）；
- 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：可能包括处理器的时间总和，使用的时钟数总和，时间限制和记账号等。
- 其它信息。
组织进程：
使用一个代替头结点的带环的双向链表来组织进程。
创建一个进程的本质是：创建一个task_struct结构体，并将该结构体进行初始化插入上面说的带头结点的双向带环链表。
查看进程：
- 可以通过系统文件夹（/proc）查看
- 若要查看pid为1的进程，需要查看/proc/1文件夹
- 大多数进程可以使用top、ps等工具获取
ps aux（查看所有进程）
ps aux | grep hello （用ps aux的输出来作为grep的输入）
int main()
{
while(1)
{
sleep(1);
}
return 0;
}
通过系统调用获取进程标识符（PID）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t pid = getpid(); //获取当前进程标识符
pid_t ppid = getppid(); //获取当前进程的父进程的标识符
printf("pid:%d ppid:%d\n", pid, ppid);
}
通过系统调用创建进程--fork：
通过fork系统调用可以创建一个子进程，通过在Linux操作系统上使用man fork学习fork，我们可以总结出以下结论：
- fork创建进程以原进程为模板，复制PCB的内容，拷贝代码和数据（共用一份代码，数据各自开辟空间，私有一份。采用写时拷贝）。
- 调用一次fork有两个返回值，在父进程和子进程中分别返回；父进程中返回子进程的PID，子进程中返回0.
编译运行下面的代码，可以看到父进程的中的返回值恰好是子进程的PID：
int main()
{
pid_t ret = fork();
if(ret > 0)
{
printf("father:%d ret:%d\n", getpid(), ret);//father
sleep(1);
}
else if(ret == 0)
{
printf("child:%d ret:%d\n", getpid(), ret);//child
}
else
{
perror("fork\n");
}
}
- 父子进程的执行顺序不一定，取决于操作系统调度器；
- 父子进程都从fork执行结束的位置开始执行；
- fork失败的原因主要有：内存不足和创建的进程达到数目上限。
进程状态：
R（running）：运行（就绪状态），不一定正在运行，也可能是在运行队列中；
S（sleeping）：睡眠状态，意味着进程正在等待事件完成，在这个状态是可以打断的；
D（disk sleeping）：磁盘休眠状态，也叫不可中断睡眠状态，该状态通常会等待IO的结束；（当密集的读写IO设备时会出现这个状态）
T（stopping）：停止状态，可以通过SIGSTOP信号来停止进程，通过SIGCONT信号来让进程继续运行；
下面一段代码可以使进程一直处于运行状态，
#include <stdio.h>
int main()
{
while(1)
{
;
}
return 0;
}
然后我们使用信号来使进程停止：
也可以使用信号来恢复：
t（tracing stop）：跟踪状态；
X（dead）：理论上存在；
Z（zombie）：僵死状态。
僵尸进程：
僵死状态是一个特殊的状态，当子进程退出而父进程未能读取子进程的返回值，就会产生僵死状态（进程）。这时候僵尸进程会一直等待父进程读取返回代码。
所以，产生僵尸进程的条件是子进程退出，父进程还在运行同时未读取子进程的返回状态，子进程进入僵尸状态。
创建一个僵尸进程：
int main()
{
pid_t ret = fork();
if(ret > 0)
{
while(1)
{
printf("father:%d ret:%d\n", getpid(), ret);//father
sleep(1);
}
}
else if(ret == 0)
{
printf("child:%d ret:%d\n", getpid(), ret);//child
sleep(1);
}
else
{
perror("fork\n");
}
}
僵尸进程的危害：
1 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉父进程，你交给我的任务完成的怎么样了。如果父进程一直不读取，子进程就会一直处于Z状态。
2 维护进程的退出状态要用数据维护，也是进程的基本信息，保存在（task_struct）PCB中；也就是说，如果Z状态一直不退出，PCB就要一直维护。
3 如果一个父进程建立了许多子进程而不进行回收，就会造成内存资源的浪费。因为保存进程信息需要结构体PCB，定义结构体需要在内存中开辟空间，又不进行回收，就会造成内存资源的浪费，造成内存泄漏。
孤儿进程：
如果父进程提前退出，那么这时候子进程就会成为孤儿进程，孤儿进程会被1号进程领养。
下面来模拟实现一个孤儿进程：（3秒后父进程退出，子进程被1号进程回收）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t ret = fork();
if(ret > 0)
{
//father
printf("father:pid %d ppid:%d ret:%d\n", getpid(), getppid(), ret);
sleep(3);
}
else if(ret == 0)
{
//child
while(1)
{
printf("child: pid %d ppid:%d ret:%d\n", getpid(), getppid(), ret);
sleep(1);
}
}
else
perror("fork");
return 0;
}
值得注意的是，孤儿进程不是状态，而僵尸进程是一个状态。
进程优先级：
基本概念：
- CPU资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）
- 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先级对任务环境的Linux很有用，可以改善系统性能。
- 还可以把进程运行到指定的CPU上，这样，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统性能。
查看优先级：
ps -l
ps -al
ps -elf
ps elf
PRI是进程的优先级，数值越小，优先级别越高。
NI是nice值，表示进程可被执行的优先级的修正数值。
PIR（new）=PIR（old）+nice值，当nice值为正时，优先值越大，优先级别越小；当nice值为负时，优先值越小，优先级别越大，越快被执行。
NI的取值范围是-20~19，共40个数据。
修改进程的优先级：
可以使用nice和renice命令修改进程优先级。
启动进程前调整：nice -n -5 ./hello
调整已经存在的进程：renice -5 -p 3498 //将PID为3498的进程的nice值改为-5
用top查看进程优先级并修改进程优先级：
输入top回车->进入top后按“r”->输入进程PID->输入nice值
注：
- 进程数目众多，而CPU只有少量甚至只有1个，所以为了高效完成任务，进程具有竞争性，它们要合理竞争相关资源，这样就有了优先级；
- 多进程运行，需要独享各自的资源，做到进程运行期间互不干扰，进程具有独立性；
- 多个进程在不同的CPU下同时运行，叫做并行；
- 多个进程在一段时间内在同一CPU下用切换的方式共同推进，由于这个时间非常短，人一般察觉不到，就像进程是同时发生的一样，叫做并发。