Linux-进程
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PCB（Process Control Block）：进程控制块，包含进程的所有管理信息
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()
8.2 exit() vs _exit()
九、进程资源回收 —— wait / waitpid
9.1 僵尸进程 vs 孤儿进程
| 类型 | 定义 | 危害 | 处理方式 |
|---|---|---|---|
| 孤儿进程 | 父进程先结束，子进程还在运行 | 无危害 | 被 init（PID=1）收养 |
| 僵尸进程 | 子进程已结束，父进程未回收其 PCB | 占用 PID 和内存资源 | 必须用 wait 回收 |
9.2 wait() 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
9.3 waitpid() 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
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