今日主题：Linux 多任务之进程，理解进程概念、状态、命令、fork 与 exec 函数，搞懂父子进程、僵尸进程、孤儿进程。

前言

Linux 实现多任务依靠多进程、多线程。进程是操作系统资源分配的最小单元，嵌入式 Linux 开发中，进程是必须吃透的基础，今天完整梳理进程整套知识点。

一、进程基础概念

1. 程序与进程的区别

对比项	程序	进程
存储位置	存放在硬盘空间	加载到内存运行
属性	静态，一堆指令集合	动态，拥有完整生命周期
资源占用	不占用内存 CPU	占用内存、CPU 资源
关系	一个程序可以产生多个进程；一个进程内部也可以执行多个程序	程序运行之后才生成进程

简单理解：gcc main.c -o a.out得到的a.out是程序；执行./a.out跑起来之后，就是进程。

2. 进程的创建

进程启动时，操作系统会给它分配0~4G 虚拟内存空间。
进程是操作系统资源分配的最小单元。

3. CPU 调度：宏观并行，微观串行

单核 CPU，看上去多个任务同时跑（并发），实际 CPU 在快速切换任务。

• 并行：多个任务真正同时执行，需要多核 CPU。

• 并发：单核 CPU 时间片轮转，快速切换，看起来同时运行。

CPU 常见调度算法

1. 时间片轮转算法
2. 先来先服务、后来后服务算法
3. 高优先级优先执行算法
4. 短作业优先算法

4. 进程三态基础模型

• 就绪态：一切准备完成，只差 CPU 时间片

• 运行态：正在被 CPU 执行

• 阻塞态：等待 IO 资源，例如getchar()、fgets()等待用户输入

二、Linux 真实进程 7 种状态

Linux 内核把进程细化成 7 种状态：

状态标识	状态名称	说明
R	运行态	用户态 / 内核态，正在被 CPU 调度执行
S	就绪态	具备运行条件，等待 CPU 分配时间片
S	可中断睡眠态	也叫睡眠态，阻塞等待资源，可以被信号唤醒
D	不可唤醒等待态	不会被 CPU 信号打断，等待硬件 IO 完成
T	暂停态	进程被暂停执行
Z	僵尸态	进程已经执行结束，但资源没有被父进程回收
X	结束态	进程结束，资源完全回收

思维导图简单理解： 中断、系统调用会让进程状态切换；睡眠可以被唤醒；暂停需要手动恢复；僵尸进程是学习重点。

三、进程的消亡

进程消亡分为两步：

1. 进程退出：程序执行完毕，进程结束
2. 进程回收：父进程回收子进程占用的内存资源，没有回收就变成僵尸进程

四、Linux 进程常用命令

命令	作用	常用示例
ps -aux	查看全部进程 PID、状态、CPU / 内存占用	ps -aux | grep a.out过滤自己程序
ps -ef	查看 PID 与 PPID（父进程 ID）	PPID 就是父进程 ID
top	动态实时监控进程、CPU、内存负载
pstree	树形展示进程父子族谱关系	pstree -sp PID查看指定进程父子链
kill	给进程发送信号	kill -9 PID强制结束进程；kill -l查看全部信号
jobs	查看当前终端后台进程编号
fg 编号	把后台进程调到前台运行

进程状态字符补充： S+：前台可中断睡眠进程 S：后台可中断睡眠进程 T：后台暂停进程

五、进程相关 C 语言系统函数

1. fork () 创建子进程

c pid_t fork(void);

功能：创建子进程。原来进程叫父进程，新生成叫子进程。

底层逻辑：子进程完整拷贝父进程 0‑4G 用户空间；内核 PCB 部分部分拷贝；PID 不拷贝，PPID 修改为父进程 ID。

返回值规则

1. pid > 0：父进程返回，返回值是子进程 PID
2. pid = 0：子进程内部返回 0
3. -1：创建失败

配套函数：

• getpid() 获取自己进程 ID

• getppid() 获取父进程 ID

⚠️重要注意点

1. 父子进程用户空间互相独立，变量互不干扰
2. 进程之间不能直接通信，要通信必须借助内核 IPC 机制

2. 进程退出函数

进程结束三种途径：

1. main 函数return返回
2. exit()/_Exit()系统函数主动退出
3. 收到 kill 信号强制结束

c void exit(int status);

status：进程结束状态，0 代表正常退出，非 0 代表异常退出。

3. 僵尸进程 & 孤儿进程

• 僵尸进程 (Zombie)：子进程已经结束，父进程没有回收它资源，残留 PCB。
  解决办法：
  ①父进程调用wait() / waitpid()回收子进程
  ②让子进程变成孤儿进程，由系统进程自动回收

• 孤儿进程：父进程提前结束，子进程还在运行；子进程被系统进程收养，结束后自动回收资源，不会产生僵尸。

4. exec 函数簇

作用：在当前进程内部，加载并运行另外一个外部可执行程序，替换当前进程文本段，不会创建新 PID。

exec 家族函数记忆口诀：

• l → list 参数列表形式传参

• v → vector 指针数组形式传参

• p → 使用 PATH 环境变量自动搜索程序路径

• e → 可以自定义传入环境变量

函数原型	特点
execl(path,arg...,NULL)	路径 + 列表传参，NULL 做结尾标记
execlp(file,arg...,NULL)	依靠 PATH 找程序，列表传参
execv(path,argv[])	路径 + 字符串指针数组传参
execvp(file,argv[])	PATH 查找，指针数组传参
execle / execve	额外支持自定义环境变量

返回值：只有出错才返回‑1，执行成功当前程序直接被替换，后续代码不再运行。

今日学习小结

1. 程序静态存硬盘，进程动态跑内存；一个程序可以生成多个进程。
2. 进程基础三态：就绪‑运行‑阻塞；Linux 细化 7 种状态，重点区分僵尸、孤儿。
3. fork()拷贝生成子进程，父子空间隔离；exec替换进程运行别的程序。
4. 命令ps/top/pstree/kill日常调试进程必用。

僵尸进程根源：子进程退出父进程没有回收；孤儿进程父进程先退出，系统帮忙善后。