Linxu进程概念

进程是 Linux 系统最核心的运行抽象，本文从零搭建 Linux 进程知识框架：先夯实冯诺依曼硬件约束与操作系统 “先描述、再组织” 的管理逻辑，再深入讲解进程本质、task_struct 结构体、fork 系统调用机制；逐一拆解 R/S/D/T/Z 等 7 种内核进程状态，厘清僵尸进程、孤儿进程的成因、危害与处理方式；同时讲解进程优先级、调度特性、环境变量用法，揭秘虚拟地址与物理地址映射原理，

DDDDDDDRDDR

398人浏览 · 2026-05-23 19:14:48

DDDDDDDRDDR · 2026-05-23 19:14:48 发布

一、底层：冯诺依曼体系与操作系统

1.冯诺依曼体系结构

我们日常使用的电脑、服务器，几乎都遵循冯诺依曼体系，核心规则只有一句话：所有设备只能直接和内存打交道。

核心组件五大部件：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备：显示器、打印机等。
存储器：指的就是内存 。
运算器 + 控制器：共同构成了 中央处理器（CPU）

至关重要的硬件规律(木桶原理体系)：不考虑缓存情况下，CPU 能且只能对内存进行读写，绝对不能直接访问外设；外设的数据要输入或输出，也只能先写入内存或从内存读取 。

数据流向实例（以发送 QQ 消息为例）：键盘输入信息(外设) -> 内存 -> CPU处理加密和打包 -> 内存 -> 网卡(外设输出)

2.操作系统（OS）

OS 的概念：包含内核（进程、内存、文件、驱动管理）及其他程序（如库函数、Shell 外壳）的集合。

核心作用：

操作系统帮助用户管理好下面的软硬件资源
为用户提供一个良好(稳定、高效、安全)的运行环境

操作系统的管理逻辑：先描述（用结构体），再组织（用链表 / 数据结构），进程管理也遵循这个核心思路。

二、进程本质：程序的执行实例

1.什么是进程？

课本定义：程序的一个执行实例、正在运行的程序
内核视角：系统分配 CPU 、内存资源的基本实体

程序和进程核心区别：

程序：只是一堆死代码，作为文件静静地存储在磁盘中
进程：程序被加载到内存中，并由操作系统(OS)为其创建了对应的管理结构。 "进程 = 内核数据结构(PCB) + 该程序的代码和数据"

2.进程的灵魂：PCB(进程控制块)

操作系统管理进程，靠的是PCB（进程控制块），它是进程的属性集合。

PCB：进程信息被放在一个叫做进程控制块(Process Control Block) 的数据结构中，它是进程属性的集合

在 Linux 中，PCB 的具体实现是task_struct结构体，会被加载到内存中，包含进程所有关键信息：

标识符：PID（进程唯一 ID）、PPID（父进程 ID）
状态：运行、睡眠、停止、僵尸等
优先级：CPU 资源分配的先后顺序
程序计数器：下一条待执行指令的地址
内存指针：指向进程代码、数据的内存地址
上下文数据：CPU 寄存器中的进程执行现场
I/O 状态、记账信息等

Linux 内核通过链表组织所有 task_struct，实现进程的统一管理。

当操作系统需要调度进程、杀掉进程胡哦这更改优先级时，本质上是对这个双向链表进行增、删、查、改的操作。

3. 进程的创建：fork 系统调用

fork是 Linux 创建子进程的核心系统调用，核心特性：

调用一次，返回两个值：子进程返回0，父进程返回子进程 PID
父子进程代码共享，数据私有（写时拷贝机制）

代码控制流（分流）：fork() 之后通常需要使用 if - else 对其返回值进行分支处理

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t ret = fork();
    if (ret < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    } else if (ret == 0) {
        // 子进程逻辑
        printf("子进程 PID：%d\n", getpid());
    } else {
        // 父进程逻辑
        printf("父进程 PID：%d，子进程 PID：%d\n", getpid(), ret);
    }
    return 0;
}

三、进程状态

1.在内核源码(task_state_arry)中定义了一下状态：

R（运行）：进程在运行队列中，不一定正在执行
S（睡眠）：可中断睡眠，等待事件完成，能被信号唤醒
D（磁盘睡眠）：不可中断睡眠，等待 I/O 结束，不能被信号杀死
T（停止）：收到 SIGSTOP 信号暂停，SIGCONT 可恢复
Z（僵尸）：进程退出但父进程未回收，残留 PCB
t（追踪停止）：被调试工具暂停
X（死亡）：瞬时状态，无法查看

2.僵尸进程(Z)：系统的[内存垃圾]

产生原因：子进程退出，父进程未调用 wait () 读取退出状态，子进程 PCB 残留内存
危害：PCB 占用内存，大量僵尸进程会导致内存泄漏
避免方式：父进程主动回收子进程资源

3.孤儿进程

产生原因：父进程先退出，子进程后执行
处理机制：被1 号 init 进程领养，由 init 进程负责回收

4.查看进程的两种常用方式

文件系统级查看：通过系统自带的 /proc 动态目录。例如，通过查看 /proc/进程的PID 文件夹，就能实时看到该进程的内存映像、可执行文件软链接等信息。
用户级工具查看：使用 ps aux 或 ps axj 命令。

四、进程优先级与调度基础

1.优先级核心概念

基本概念：CPU资源分配的先后顺序。优先级(数值小)的有优先执行权。

查看优先级指标 (ps -l)

PRI(Priority)：进程可悲执行的优先级，值越小优先级越高。
NI(Nice)：nice值，是PRI的修正数值。

计算公式：PRI(new) = PRI(old) + nice

nice的取值范围是 -20 ~ 19 (共40个级别)。
nice值为负，PRI变小，优先级变高；调整优先级在Linux下实质就是调整nice值
nice值不是优先级，它只是影响PRI的修正数据

2.进程的特性

竞争性：进程多、CPU少，因此进程间具有竞争属性，需要依靠优先级更合理地竞争资源。
独立性：多进程运行期间互不干扰，独享资源。
并行(Parallelism)：多个进程在多个CPU下，在同一时刻进行运行。
并发(Concurrency)：多个进程在单个CPU下采用进程间切换(时间片轮转)的方式，在一段时间内让多个进程都得以推送。

五、环境配置：环境变量

基本概念：操作系统中用来指定运行环境的一些参数(通常具有全局特性，可被子进程继承)。

1.常见的环境变量

PATH：指定命令的搜索路径。
HOME：指定用户的主工作目录(即登录时的默认路径)。
SHELL：当前使用的Shell终端壳程序(通常是 /bin/bash)。

2.操作指令

echo $NAME：查看某个环境变量。
export：设置一个新的环境变量(具备全局属性)。
env：显示所有的环境变量。

3.代码获取环境变量

通过 main 函数的第三个参数
通过第三方全局全局变量：extern char** environ。
通过系统/库调用函数：getenv("ENV_NAME") （最常用）

// getenv获取指定环境变量
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    printf("PATH：%s\n", getenv("PATH"));
    return 0;
}

六、进程地址空间

语言层面（C/C++）我们能看到的地址，全部绝对不是物理地址，而是虚拟地址（线性地址） ！物理地址由 OS 统一管理，对用户不可见。

1.Linux虚拟地址经典演练代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

// 定义全局变量
int g_val = 10;

int main()
{
    pid_t id = fork(); // 创建子进程
    if (id < 0)
    {
        perror("fork failed");
        return 1;
    }
    // 子进程
    else if (id == 0)
    {
        // 子进程修改全局变量
        g_val = 100;
        printf("子进程: g_val = %d, &g_val = %p\n", g_val, &g_val);
    }
    // 父进程
    else
    {
        // 父进程休眠1秒，保证子进程先执行修改
        sleep(1);
        printf("父进程: g_val = %d, &g_val = %p\n", g_val, &g_val);
    }

    return 0;
}

运行结果：父子进程输出的 g_val 变量地址完全一样，但是打印出的内容却不同

子进程: g_val = 100, &g_val = 0x404048
父进程: g_val = 10, &g_val = 0x404048

2.进程地址空间模型

每一个进程在被创建时，OS 都会为其分配一个虚拟的“进程地址空间”（在 32 位平台下大小为 4GB）。
映射机制：OS 必须负责将虚拟地址通过页表（Page Table）转化映射成实际的物理地址 。
对现象的解释：父子进程修改变量时发生了写时拷贝。它们的虚拟地址相同，但经页表映射后，被重新分配到了不同的物理地址上，从而实现了数据的解耦与独立性。