Linux-进程

目录

一、基本概念

1.1 什么是进程？

1.2 进程 vs 程序

二、为什么需要进程？

核心目的

2.1 单片机 vs 操作系统

2.2 并发与并行

三、进程的组成

3.1 C 程序内存布局（5 个区）

3.2 进程 = PCB + 内存空间

PCB（Process Control Block）：进程控制块，包含进程的所有管理信息

四、进程的状态

4.1 三态模型

4.2 Linux 进程状态（ps 命令显示）

五、进程相关命令

5.1 查看进程

5.2 控制进程

六、进程创建 —— fork()

6.1 函数原型

6.2 功能

6.3 返回值

6.4 重要特性

七、exec 函数族 —— 执行新程序

7.1 为什么需要 exec？

7.2 exec 函数族

7.3 示例：execvp

八、进程退出

8.1 退出方式

8.2 exit() vs _exit()

九、进程资源回收 —— wait / waitpid

9.1 僵尸进程 vs 孤儿进程

9.2 wait() 函数

状态判断宏：

9.3 waitpid() 函数（更灵活）

进程生命周期

重要函数速查

一、基本概念

1.1 什么是进程？

• 进程是正在进行中的程序
• 是程序的一次执行过程
• 是程序的执行实例

1.2 进程 vs 程序

二、为什么需要进程？

核心目的

提高 CPU 利用效率，实现多任务处理。

2.1 单片机 vs 操作系统

• 单片机：单道程序，只能运行一个程序（while(1){}）
• 操作系统：多道程序，可同时运行多个程序

2.2 并发与并行

• 宏观并行：用户角度看，多个程序“同时”运行
• 微观串行：CPU 在多个进程间快速切换
• 时间片轮转：每个进程获得一小段 CPU 时间（如 10~100ms）
• 分时复用：通过调度算法，让多个进程看起来同时运行

三、进程的组成

3.1 C 程序内存布局（5 个区）

3.2 进程 = PCB + 内存空间

PCB（Process Control Block）：进程控制块，包含进程的所有管理信息

• 进程 ID（PID）
• 进程状态（就绪、运行、阻塞等）
• 程序计数器（PC）
• CPU 寄存器
• 内存管理信息
• I/O 状态信息

四、进程的状态

4.1 三态模型

• 就绪态（Ready）：等待 CPU 调度
• 执行态（Running）：正在 CPU 上运行
• 阻塞态（Blocked）：等待事件（如 I/O 完成）

4.2 Linux 进程状态（ps命令显示）

五、进程相关命令

5.1 查看进程

top # 动态查看进程（CPU、内存使用等） ps aux | grep a.out # 查看特定进程快照 ps -eLf | grep a.out # 查看 PID 和 PPID（父进程 ID） pstree -sp <pid> # 查看进程树及父子关系

5.2 控制进程

kill -l # 查看所有信号 kill -9 <pid> # 强制杀死（SIGKILL） kill -19 <pid> # 暂停（SIGSTOP） kill -18 <pid> # 继续（SIGCONT） killall a.out # 按名称杀死所有同名进程

六、进程创建 ——fork()

6.1 函数原型

#include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t fork(void);

6.2 功能

• 复制调用进程（父进程）创建新进程（子进程）
• 子进程是父进程的副本，但有独立的内存空间

6.3 返回值

• 父进程：返回子进程的 PID（> 0）
• 子进程：返回 0
• 失败：返回 -1

基本用法

pid_t pid = fork(); if (pid < 0) { perror("fork fail"); return -1; } if (pid > 0) { // 父进程逻辑 } else if (pid == 0) { // 子进程逻辑 }

6.4 重要特性

• 执行顺序不确定：由操作系统调度决定
• 独立内存空间：数据互不影响（写时复制）
• 共享代码段：父子进程执行相同代码
• 文件描述符继承：子进程继承父进程打开的文件

多次 fork 进程数计算（面试题）：

第一次 fork → 2 个进程（父 + 子1） 第二次 fork → 4 个进程（父、子1 各自 fork 一次） 规律：n 次 fork → 2^n 个进程

循环创建多个子进程（关键）：

for (int i = 0; i < n; i++) { pid = fork(); if (pid < 0) { perror("fork fail"); return -1; } if (pid == 0)break; // 子进程立即跳出，避免子进程再 fork } // 用 i 的值区分每个子进程的任务

七、exec 函数族 —— 执行新程序

7.1 为什么需要 exec？

• fork后子进程执行与父进程相同代码
• 若想执行完全不同程序，需用exec

7.2 exec 函数族

#include <unistd.h> int execl(const char *path, const char *arg, ...); // 参数逐个列出 int execv(const char *path, char *const argv[]); // 参数用数组 int execlp(const char *file, const char *arg, ...); // 在 PATH 中查找 int execvp(const char *file, char *const argv[]); // 数组 + PATH 查找

7.3 示例：execvp

char *arg[] = {"ls", "-l", ".", NULL}; execvp("ls", arg); // 无需完整路径

⚠️exec成功后不返回，当前进程代码段被替换！

八、进程退出

8.1 退出方式

• 正常退出：return 0、exit()、_exit()
• 异常退出：收到信号（如 SIGKILL）、调用abort()

8.2exit()vs_exit()

九、进程资源回收 ——wait/waitpid

9.1 僵尸进程 vs 孤儿进程

9.2wait()函数

#include <sys/wait.h> pid_t wait(int *wstatus); // 阻塞等待任意子进程退出

状态判断宏：

WIFEXITED(wstatus) // 是否正常退出？ WEXITSTATUS(wstatus) // 获取退出状态码（0~255） WIFSIGNALED(wstatus) // 是否被信号终止？ WTERMSIG(wstatus) // 获取终止信号编号

9.3waitpid()函数（更灵活）

pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

• pid > 0：等待指定 PID 的子进程
• options = WNOHANG：非阻塞（立即返回）

进程生命周期

1.创建（fork）→ 2.执行（子承父业 or exec 自立门户）→ 3.退出（exit）→ 4.回收（wait/waitpid）

重要函数速查