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🥰个人专栏： 《C++知识分享》   《Linux 入门到实践：零基础也能懂》

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前言

Hello 各位码农们 好久不见了
近期一直忙于考研复习当中，实在抽不出时间去学习Linux相关知识
好不容易放假回归，那么本期我们简单讲讲——关于Linux系统编程中的进程概念

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进程是所有Linux学习者永远绕不开的话题：

• 进程是操作系统资源分配的基本单位
• 进程是理解CPU调度、内存管理的基础

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一、程序 vs 进程

维度	程序	进程
定义	静态的指令集合	运行中的程序
存在形式	磁盘上的二进制文件（如编译后的 ./test）	内存中的实体，操作系统资源分配的基本单位
资源占用	不占用系统运行资源（仅占磁盘空间）	占用 CPU、内存、I/O 等系统资源
生命周期	永久存储，除非被删除	动态的，有创建、运行、销毁的过程

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二、操作系统与进程的关系

操作系统（OS）是进程管家，职责是涵盖了进程的完整生命周期

• 创建：将程序从磁盘加载到内存
• 管理与调度：决定哪个进程优先使用 CPU，确保系统高效运行
• 销毁：在进程结束时回收其占用的资源

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三、Linux操作系统的核心逻辑

OS 的核心是 “管理”，管理进程的本质是 — 先描述进程，再组织进程

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• 我们根据几张图片来理解：
  

• 关于什么是 task_struct，什么是 PCB，我们后面会逐一讲解

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总结：OS通过 描述（PCB）+组织（链表）+管理（调度），实现对多个进程的有效管理

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补充知识点：PCB进程控制块 与 task_struct

1. PCB进程控制块

既然 OS 要管理进程，首先得 认识进程
既然 OS 要管理进程，当然也需要一个信息记录表

这个信息记录表就是PCB（Process Control Block，进程控制块）

进程信息会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

2. task_struct 核心内容

在 Linux 内核眼中，一个进程是一个实实在在的结构体（对象），而不是一段飘忽不定的代码，这个结构体就是是——task_struct

每个进程都会有且仅有一个 task_struct，它包含了进程的所有属性
OS通过操作task_struct来管理进程，而非直接操作进程本身

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我们需要记住 task_struct 的几类核心信息：

• 标识符（PID/PPID）：进程的 身份证

  • PID是进程的唯一标识符，用来区分系统中的所有进程
  • PPID是父进程ID，记录该进程由哪个进程创建

• 进程状态：记录当前进程的**地址空间（虚拟地址空间）**和 页表，关联进程占用的内存资源(代码和数据)

  • 虚拟地址空间 (mm_struct)：在 task_struct 中，有一个非常关键的指针字段叫 mm，它指向一个 mm_struct 结构体。这个结构体完整地描述了一个进程的虚拟地址空间
    
  • 页表：将虚拟地址映射到物理地址的桥梁就是页表

• 程序计时器（PC）：记录进程下一条要执行的指令地址。

• 内存指针：指向进程的地址空间，包括程序代码和进行相关数据的指针，还有其他进程共享的内存块的指针

• 优先级：相对于其它进程的优先级

• 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据

• 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：可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等

• 其他资源：比如进程占用的 CPU 时间，打开的文件描述符等

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四、Linux如何管理海量 task_struct?

1）OS 用链表管理 task_struct

系统中会同时运行成百上千个进程，也就会有成百上千个 task_struct，OS 不可能零散地管理这些结构体，必须用高效的数据结构将它们组织起来

• OS 用链表或红黑树管理task_struct
  • 链表：适合进程数量较少的场景，通过 task_struct 中的 next/prev 指针，将所有进程的 task_struct 串联起来，遍历效率适中
  • 红黑树：适合进程数量较多的场景（比如服务器上的上千个进程），红黑树的查找、插入、删除效率是 $O(\log n)$，远高于链表，Linux 内核在进程较多时会自动切换为红黑树管理

核心目的：让 OS 能快速找到需要调度的进程（比如找到优先级最高的进程），同时也能快速管理 fork 创建的进程（将子进程的 task_struct 加入链表 / 红黑树）

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2）查看进程

途径一：通过 /proc 目录查看

/proc是Linux内核给用户态的虚拟文件系统，每个正在运行的进程都会在/proc下对应一个以其PID(进程ID)命名的文件夹

每个数字都代表当前系统正在运行的所有进程的PID

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途径二：大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

1）top 命令：动态实时监控

top 类似于 Windows 的任务管理器，它会实时刷新显示 CPU 和内存占用最高的进程

• 操作：直接在终端输入 top 并回车
• 关键信息解读：
  • %CPU / %MEM：进程占用的资源比例
  • PID：进程 ID，用于标识唯一进程
  • COMMAND：进程的名字
• 常用快捷键：
  • M：按内存占用排序
  • P：按 CPU 占用排序（默认）
  • q：退出 top 界面

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2）ps 命令：静态进程快照

ps 用于获取执行命令那一刻的进程信息

2.1）常用组合一：ps aux

• a：显示所有终端下的进程
• u：显示进程的所有者（用户）信息
• x：显示没有控制终端的进程（后台进程）

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2.2）常用组合二：ps -ef

查看进程的父子关系（UID, PID, PPID）：

• PID：进程的唯一标识号
• UID：运行该进程的用户。这里全是 root（超级管理员）
• PPID：父进程 ID 这在分析 fork() 产生的多进程程序时非常有用

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2.3）结合 grep 过滤

如果你只想找特定的进程：

# 假设你想查找名字里包含 "bash" 的进程
ps aux | grep bash

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💻结尾— 核心连接协议

警告： 🌠🌠正在接入底层技术矩阵。如果你已成功破解学习中的逻辑断层，请执行以下指令序列以同步数据：🌠🌠

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